Ecologie - PDF

Ecologie: ▪ Știință a ecosistemului. ▪ Știință a comunităților biotice. ▪ Știință a productivității biologice. Ecologie - știință a mediului viu (Odum, 1961) ▪ Știință de sinteză, fundamental biologică, dar cu un puternic caracter interdisciplinar. Ecolog...

Ecologie: ▪ Știință a ecosistemului. ▪ Știință a comunităților biotice. ▪ Știință a productivității biologice. Ecologie - știință a mediului viu (Odum, 1961) ▪ Știință de sinteză, fundamental biologică, dar cu un puternic caracter interdisciplinar. Ecologie (sistemică): ▪ Știința care studiază mediul înțeles ca o ierarhie de unități organizate, dinamice și având proprietăți structurale și funcționale identificabile și cuantificabile. 2. Etapele dezvoltării ecologiei 2.1. Primele concepte ecologice (Secolul XVII - 1850) Antonie van Leeuwenhoek și R. Bradley au realizat studii despre reglarea populațiilor și relațiile trofice, punând bazele ecologiei populațiilor. Studiul speciilor și al distribuției lor a început să fie documentat în această perioadă. 2.2. Primele teorii ecologice (1850 - 1910) Se dezvoltă autoecologia, care analizează efectele factorilor abiotici asupra dezvoltării indivizilor și speciilor. Apare sinecologia, ce studiază relațiile interspecifice dintre diferite populații și interacțiunile trofice. Primele studii despre circuitele energetice în cadrul ecosistemelor. 2.3. Dezvoltarea teoriei ecologice și a impactului uman (1910 - 1940) Se pun bazele studiului circuitelor biogeochimice, analizând circulația elementelor minerale în ecosisteme. Se dezvoltă școala sociologică din Chicago, care introduce ideea ecologiei urbane.  Extinderea teoriilor despre utilizarea resurselor și impactul consumului uman asupra mediului (după 1945). 2.4. Ecologie aplicată și poluarea (1940 - 1985) Apare ecologia sistemică, care integrează studiul fluxurilor energetice și biogeochimice în ecosisteme. Se dezvoltă discipline precum ecotoxicologia, ecologia bichimică, agroecologia, urbanismul ecologic. Poluarea devine o problemă globală, iar primele măsuri de protecție a mediului sunt implementate (ex. utilizarea pe scară largă a DDT și conștientizarea impactului acestuia asupra biodiversității). Clubul de la Roma (1972) publică raportul despre limitele creșterii, subliniind impactul negativ al dezvoltării necontrolate asupra resurselor naturale. 2.5. Dezvoltare durabilă și ecologie globală (1985 - 2000) Dezvoltarea durabilă devine un concept central în studiile ecologice, culminând cu Agenda 21. Creșterea preocupărilor pentru conservarea biodiversității și reducerea impactului schimbărilor climatice. Științele ecologice devin din ce în ce mai interdisciplinare, combinând elemente de biologie, geografie, economie și politici de mediu. Populația: ▪ Comunitate de indivizi fundamentată pe conexiuni genetice –reunește indivizi din aceeași specie. ▪ Unitate funcțională și reproductivă elementară, atașată de un anumit biotop. Biotop: ▪ Fragment de spațiu populat și transformat de organismele vii. Biocenoza: ▪ Sistem de indivizi biologici, de diferite specii, atașați de un biotop. Ecosistemul: ▪ Integrare biocenoză și biotop într-o unitate funcțională dinamică. ORGANIZAREA IERARHICA A MEDIULUI SISTEMELE ECOLOGICE Sisteme biologice de nivel supraindividual Mediul fizico-chimic (natural) Concepte LANŢ TROFIC = Unităţi funcţionale ale transformării şi transmiterii substanţelor nutritive (nutrienţi), care asigură migraţia substanţei de la un organism la altul (cauzată de hrănirea unui organism pe socoteala altuia). HABITAT = Teritoriul care asigură condiţiile de viaţă (hrană, reproducere, dezvoltare) pentru o anumită specie (populaţie). BIOTOP = Locul de viaţă caracterizat de ansamblul parametrilor geologici, geografici, climatici, care alcătuiesc ansamblul factorilor fizico-chimici (abiotici). BIOCENOZE = Ansamblul (asociaţiile) de populaţii aparţinând unor specii diferite de plante (fitocenoze) şi animale (zoocenoze), care trăiesc într-un biotop. ECOSISTEMUL = Un sistem organizat, funcţional, rezultat al interacţiunii dintre biotop şi biocenoze, care are ca rezultat dezvoltarea capacităţii productive. De ex. Ecosistem marin, ecosistem forestier s.a.. ECOTON = Zonă de graniţă (de tranziţie) dintre sistemele ecologice, indiferent de tip. Nivele de Organizare Ecologică Ecosistemele și structurile biologice sunt organizate ierarhic, de la nivel individual până la biosferă. Această ierarhie reflectă complexitatea interacțiunilor dintre organisme și mediul lor. 1. Individ (Individual) Reprezintă unitatea de bază a vieții, un organism unic, care interacționează cu mediul său și face parte dintr-o populație. Exemple: un cerb, un urs, un copac. 2. Populație (Population) Grup de indivizi ai aceleiași specii, care trăiesc într-o anumită zonă și interacționează între ei. Exemple: o turmă de cerbi, o colonie de păsări. 3. Comunitate (Community) Ansamblul populațiilor diferitelor specii care coexistă și interacționează într-un anumit habitat. Exemple: plante, erbivore și carnivore dintr-o pădure. 4. Ecosistem (Ecosystem) Interacțiunea dintre comunitatea de organisme vii (biocenoza) și mediul lor abiotic (biotop). Include cicluri biogeochimice, lanțuri trofice și relații ecologice. Exemple: o pădure tropicală, un lac, un recif de corali. 5. Complex Regional de Ecosisteme Reprezintă o rețea de ecosisteme care împărtășesc caracteristici climatice și geografice comune. Are o extindere între 100 și 100.000 km² și o durată de existență de aproximativ 100 de ani. 6. Complex Macroregional de Ecosisteme Include mai multe complexe regionale într-o zonă geografică extinsă. Se întinde pe milioane de kilometri pătrați și persistă pentru mii de ani. Exemple: zonele climatice temperate, pădurile boreale. 7. Biosfera Este totalitatea ecosistemelor de pe Pământ, incluzând toată viața și interacțiunile sale cu atmosfera, hidrosfera și litosfera. Se întinde pe întreaga planetă și este cea mai mare unitate ecologică. Ecosistemul Ecosistem un sistem organizat și funcțional, rezultat din interacțiunea dintre biotop (mediul abiotic) și biocenoză (comunitatea vie). Aceste interacțiuni conduc la dezvoltarea capacității productive a ecosistemului, permițând menținerea echilibrului ecologic. Exemple de ecosisteme includ: o Ecosistemul marin o Ecosistemul forestier o Ecosistemele de apă dulce sau ecosistemele de stepă 2. Componentele Ecosistemului 2.1. Biotopul Biotopul reprezintă locul de viață al organismelor și este caracterizat de un ansamblu de factori fizico- chimici (abiotici), printre care se numără: Factori geologici (tipul de sol, structura geologică) Factori geografici (relief, altitudine, poziționare) Factori climatici (temperatura, umiditatea, regimul precipitațiilor) Acești factori determină tipul de organisme care pot supraviețui și se pot dezvolta într-un anumit ecosistem. 2.2. Biocenoza Biocenoza este ansamblul populațiilor de organisme vii care trăiesc într-un biotop. Se împarte în două mari categorii: Fitocenoza – comunitatea de plante care populează ecosistemul Zoocenoza – comunitatea de animale care trăiesc în ecosistem Aceste populații interacționează între ele și cu mediul abiotic, influențând procesele ecologice din ecosistem. 3. Interacțiunea dintre Biotop și Biocenoză Biotopul și biocenoza formează împreună un ecosistem, printr-o serie de relații complexe: Biotopul furnizează resursele și condițiile necesare supraviețuirii organismelor vii.  Biocenoza influențează structura și compoziția biotopului prin procese precum fixarea azotului, ciclul carbonului și modificarea solului. Există un echilibru dinamic între biotop și biocenoză, care asigură funcționarea ecosistemului și permite adaptarea la schimbările de mediu. Complex format din viețuitoare și mediul lor fizico-chimic de existență. Structuri disipative dependente de o intrare continuă de energi (energia solară), care este: ▪ acumulată, ▪ concentrată, ▪ transformată, ▪ disipată, în trepte. Rezultă: ▪ creşterea gradului de organizare (comportament antientropic), ▪ producerea resurselor regenerabile (prin productivitate biologică), ▪ servicii (de ex. stabilitate climatică). Stratificarea: ▪ Strat autotrof. ▪ Strat heterotrof. Subsisteme trofice fundamentale ale ecosistemului: ▪ Substanțe anorganice – azotați, fosfați. ▪ Producători primari – substanță organică (= substanță anorganică + energie). ▪ Substanță organică moartă. ▪ Consumatorii – organisme (în general) animale – prădători sau paraziți – dependență de producătorii primari. ▪ Descompunătorii – procese de mineralizare (repunere în circuit a substanțelor anorganice). Structura trofică a ecosistemului ▪ Fiecare nivel trofic primește tot mai puțină energie de la nivelurile inferioare. ▪ Cantitatea cea mai mare de biomasă aparține producătorilor primari. 1. Energia Solară – Sursa Principală Soarele este principala sursă de energie pentru ecosistem. Energia luminoasă este transformată de producători primari în energie chimică prin fotosinteză. Cantitatea de energie disponibilă scade pe măsură ce trece prin nivelurile trofice. 2. Nivelurile Trofice a) Producătorii Primari (Plante, Fitoplancton) Reprezintă baza piramidei trofice. Utilizează energia solară pentru a produce materie organică. Exemple: plante terestre, alge, fitoplancton. b) Consumatorii Primari (Ierbivore, Fitofage) Se hrănesc cu producătorii primari. Transformă materia vegetală în energie pentru metabolism. Exemple: căprioare, insecte fitofage, zooplancton. c) Consumatorii Secundari (Carnivore, Zoofage) Se hrănesc cu consumatorii primari. Sunt prădători care reglează populațiile de ierbivore. Exemple: lupi, păsări răpitoare, pești prădători. d) Consumatorii Terțiari (Prădători de vârf) Ocupă cel mai înalt nivel trofic. Se hrănesc cu alte carnivore și nu au mulți prădători naturali. Exemple: leii, rechinii, vulturii. 3. Descompunătorii și Detritivorele Detritivorele se hrănesc cu materie organică moartă și contribuie la descompunerea acesteia. Descompunătorii (bacterii, fungi) transformă materia organică moartă în substanțe minerale esențiale pentru sol. Exemple: râme, ciuperci, bacterii saprofite. 4. Fluxul de Energie în Ecosistem Energia se disipează pe măsură ce trece prin nivelurile trofice. Cantitatea de energie se reduce de la producători la prădători, deoarece o mare parte este pierdută sub formă de căldură și activitate metabolică. Energia disponibilă scade, dar calitatea energiei crește în organismele din nivelurile superioare. Structura Trofică a Ecosistemului Structura trofică a unui ecosistem descrie fluxul de energie și materia între diferite niveluri trofice, ilustrând relațiile dintre producători, consumatori și descompunători. 1. Nivelurile Trofice a) Producătorii Primari (Organisme Autotrofe) Reprezentați de algele verzi, fitoplancton, bacterii fotosintetizante. Utilizează fotosinteza pentru a transforma energia solară în materie organică. Susțin întreaga rețea trofică prin producția de energie. b) Consumatorii Primari (Ierbivore, Filtratori) Se hrănesc direct cu producătorii primari. Exemple: moluște, zooplancton, crustacee. c) Consumatorii Secundari (Carnivore Mici) Se hrănesc cu consumatorii primari. Exemple: pești mici precum slimy sculpin, crustacee prădătoare, insecte acvatice. d) Consumatorii Terțiari (Prădători de Vârf) Ocupă cel mai înalt nivel trofic. Se hrănesc cu pești mai mici și alte organisme carnivore. Exemple: Chinook salmon, păstrăv, walleye, somon atlantic. 2. Fluxul de Energie în Ecosistem Regula celor 10%: La fiecare nivel trofic, doar 10% din energia consumată este transferată mai departe, restul fiind pierdut prin metabolism și căldură. Graficul conținutului energetic arată că producătorii primari au cea mai mare cantitate de energie disponibilă, iar consumatorii terțiari primesc cea mai mică cantitate de energie. 3. Lanțuri și Rețele Trofice Ecosistemele acvatice prezintă lanțuri trofice complexe, unde speciile pot avea mai multe surse de hrană. Exemple de specii din lanțul trofic: o Zooplancton → moluște → pești mici → păstrăv → somon atlantic. o Alge → insecte acvatice → crustacee → pești răpitori. Dinamica ecosistemului Dinamica ecosistemului se datorează modificărilor ciclice ale factorilor componenți. Integritate – starea în care un ecosistem este integral funcțional. Ecosisteme stabile – capabile să rămână în aceeași stare indiferent de intervențiile antropice: o ▪ Rezistență – capacitatea de a-și menține starea în pofida menținerii perturbațiilor. o ▪ Reziliență – capacitatea de a reveni la starea inițială după producerea perturbării. EVOLUŢIA ECOSISTEMULUI 1. Influențe lente ale mediului abiotic Aceste influențe sunt modificări progresive ale factorilor de mediu care acționează pe termen lung. Exemple: o Schimbările climatice (modificarea temperaturii și regimului precipitațiilor) o Eroziunea solului și alterarea compoziției chimice o Modificarea pH-ului apei și solului o Eutrofizarea în ecosistemele acvatice Aceste procese determină adaptarea treptată a organismelor și schimbarea treptată a compoziției biocenozei. 2. Influențe catastrofale externe Sunt evenimente brusce și de mare amploare, care provoacă schimbări rapide și dramatice în ecosistem. Exemple: o Dezastre naturale (incendii de vegetație, inundații, cutremure, uragane) o Erupții vulcanice care pot distruge ecosisteme întregi o Intervenții antropice majore (defrișări masive, deversări de substanțe toxice, poluare industrială) Aceste evenimente pot duce la perturbarea ecosistemului, eliminarea unor specii și inițierea unor procese de succesiune ecologică. 3. Interacțiunile între componentele biotice în cadrul biocenozei Reprezintă relațiile dintre organismele vii, care pot influența profund structura și funcționarea ecosistemului. Tipuri de interacțiuni: o Competiția interspecifică și intraspecifică – determină succesul unor specii față de altele. o Relațiile trofice – schimbările în lanțurile alimentare pot altera echilibrul ecologic. o Impactul speciilor invazive – introducerea unor specii noi poate perturba ecosistemele naturale. o Cooperarea și simbioza – mutualismul și alte forme de cooperare pot îmbunătăți reziliența ecosistemului. Succesiunea ecologică Modificări treptate ale biotopului și biocenozei – înlocuirea ecosistemului cu un alt ecosistem.  Proces gradual de modificare a compoziției în specii, a structurii comunității, chimiei solului și caracteristicilor microclimatice, ca urmare a perturbărilor naturale sau antropice. Succesiunea – proces permanent ; întotdeauna declanșată de forte exogene. Succesiune primară – teritoriu neocupat – specii pionier. Serii secundare – cauze diverse (ex: schimbările climatice) Succesiunea ecologică - faze Faze ale succesiunii ecologice a. Ecogeneza (Pionierat) Reprezintă etapa inițială a succesiunii. Se caracterizează prin imigrarea speciilor pionier, care sunt primele organisme capabile să colonizeze un habitat nou (ex: licheni, mușchi). Aceste specii modifică mediul, creând condiții mai favorabile pentru organismele viitoare. b. Eciza (Colonizarea) Se produce stabilirea speciilor pionier și începutul interacțiunilor cu mediul. În această fază pot apărea și succesiuni abiogene, cauzate de evenimente catastrofice precum erupții vulcanice, incendii sau inundații. Coloniile primare pregătesc terenul pentru alte specii prin acumularea materiei organice și îmbunătățirea solului. c. Succesiunile biogene Faza de competitivitate interspecifică între speciile care s-au stabilit. Pe măsură ce habitatul se maturizează, plantele anuale sunt înlocuite de plante perene, iar solul se dezvoltă. Se formează ecosisteme din ce în ce mai complexe, incluzând ierburi perene, arbuști și arbori tineri. d. Reacția Ecosistemul suferă modificări datorită influenței organismelor deja stabilite. În această etapă pot apărea și succesiuni tehnogene, cauzate de activitățile umane (defrișări, urbanizare, poluare). e. Stadiul final – Climax  Ecosistemul ajunge într-o stare de echilibru stabil, cunoscută sub denumirea de comunitate climax. Acest stadiu este caracterizat de specii dominante care nu mai suferă schimbări semnificative în compoziție. Ex: păduri mature cu copaci toleranți la umbră și ecosisteme stabile pe termen lung. 2. Etapele succesiunii ecologice vizualizate În imaginea din dreapta, procesul de succesiune ecologică este ilustrat astfel: Pioneer Stages: o Stadiul inițial începe de la rocă goală, licheni și plante anuale. Intermediate Stages: o Apare vegetație mai complexă, inclusiv ierburi perene, arbuști și copaci intoleranți la umbră. Climax Community: o Ecosistemul matur este dominat de copaci toleranți la umbră, care mențin stabilitatea sistemului. Curs 9: Resurse și antropizarea factorilor de mediu 1. Introducere Geografia și ecologia urbană studiază modul în care activitățile umane influențează resursele naturale și factorii de mediu. Capitalul natural reprezintă totalitatea sistemelor ecologice funcționale, fie naturale, fie antropizate, care asigură resursele necesare dezvoltării socio-economice. 2. Capital natural și resurse naturale 2.1. Definiție și clasificare CAPITAL NATURAL = Reţeaua sistemelor ecologice care funcţionează în regim natural sau seminatural şi reţeaua sistemelor antropizate (rezultate prin simplificarea primelor două). Capitalul natural asigură: Resurse naturale regenerabile= Produsele biologice utilizabile de către sistemul socio- economic (produse biologice, sol, apă); Resurse naturale neregenerabile= Spaţiul construibil, combustibili fosili, minerale utile (combustibili fosili, minerale utile, spațiul construibil); Servicii de mediu (stabilitatea climatică, calitatea aerului și apei, biodiversitatea). 2.2. Tipuri de resurse naturale RESURSELE NATURALE = totalitatea elementelor naturale ale mediului ce pot fi folosite în activităţile umane a) Resurse regenerabile Aer Sol Flora Fauna b) Resurse neregenerabile Minerale Combustibili fosili c) Resurse permanente Energia solară Energia eoliană Energia geotermală Energia valurilor 3. Teritoriul ca resursă Teritoriul este un element esențial al dezvoltării, având funcții multiple: Spațiu pentru activități economice și rezidențiale; Zonă de protecție a ecosistemelor; Suport pentru infrastructura de transport și comunicații. Teritoriul ca Resursă Teritoriul reprezintă o resursă esențială pentru dezvoltarea umană, economică și ecologică, iar utilizarea sa eficientă presupune un echilibru între exploatarea resurselor și conservarea mediului. Acest concept include diferite tipuri de resurse naturale, precum și politici și măsuri pentru gestionarea sustenabilă a teritoriului. 1. „Capitalul” Natural Resursele naturale sunt împărțite în mai multe categorii: a) Resurse Neregenerabile Materii prime precum minereuri, petrol, gaze naturale. Spațiul (teritoriul) amenajabil, care trebuie utilizat responsabil pentru a preveni supraexploatarea și degradarea terenurilor. b) Resurse Regenerabile Materii prime din agricultură, piscicultură, silvicultură.  Resurse hidroenergetice care pot fi valorificate prin infrastructuri durabile. c) „Servicii” de Mediu Regenerarea resurselor vii prin cicluri bio-geochimice. Menținerea biodiversității și echilibrului ecologic. d) Resurse Peisagere Elementele naturale și peisajele trebuie protejate pentru a conserva patrimoniul natural și a asigura sustenabilitatea dezvoltării. 2. Politici și Strategii de Gestionare a Teritoriului Pentru a echilibra dezvoltarea umană și protecția resurselor naturale, sunt propuse următoarele măsuri: a) Politici de Dezvoltare și Utilizare Durabilă Evitarea extinderii excesive a orașelor și utilizarea unor tehnologii alternative pentru reducerea impactului urbanizării. Limitarea extinderii orașelor prin restructurarea și reutilizarea infrastructurilor existente. b) Reglementări privind Urbanizarea Controlul expansiunii zonelor urbane pentru protejarea terenurilor agricole. Limitarea consumului energetic al așezărilor umane prin tehnologii eficiente și planificare sustenabilă. c) Reducerea Impactului Poluării Reducerea impactului negativ al amplasării unor activități industriale sau agricole în proximitatea zonelor urbane. Promovarea utilizării productive a terenurilor degradate. d) Delimitarea Zonelor de Protecție Crearea unor zone protejate prin reglementări urbanistice care să asigure păstrarea resurselor naturale și a peisajului. 4. Antropizarea factorilor de mediu Antropizarea se referă la modificările aduse mediului prin activități umane, incluzând: Poluare (aer, apă, sol); Urbanizare (extinderea orașelor, modificarea peisajului natural); Schimbări climatice (efectul de seră, insulele de căldură urbană); Scăderea biodiversității (fragmentarea habitatelor, dispariția speciilor). 1. Antropizarea aerului ANTROPIZAREA AERULUI = modificarea compoziţiei aerului şi, implicit, a atributelor acestuia de suport al vieţii. Poluarea aerului – surse de degradare a calității aerului. Schimbare condiții microclimatice – insulă de căldură urbană, modificare circulație curenți de aer la nivel local. 5.1. Cauze Emisiile industriale și arderea combustibililor fosili; Transportul urban; Procesele agricole și folosirea pesticidelor. 5.2. Impacte Formarea ploilor acide;Efectul de seră; Distrugerea stratului de ozon; Insulele de căldură urbană; Crețterea poluării fonice (zgomot și vibrații). 5.3. Surse comune de zgomot Trafic rutier, feroviar, aerian; Industrie; Activități recreaționale și comerciale. Antropizarea reprezintă procesul de modificare a factorilor de mediu, atât abiotici (aer, apă, sol), cât și biotici (floră și faună), sub influența directă sau indirectă a activităților umane. Aceste modificări pot avea efecte negative asupra ecosistemelor, generând degradarea mediului și pierderea biodiversității. 2. Componentele Mediului și Impactul Uman a) Componente naturale Geologie Relief Climă Ape Soluri Vegetație și faună b) Componente antropice  Populație Activități economice Așezări umane Comportamente Activitățile umane exercită un impact major asupra calității factorilor de mediu, fie prin exploatarea resurselor, fie prin poluare și distrugerea habitatelor naturale. În același timp, există un potențial de favorabilitate în utilizarea rațională a resurselor și reducerea restricțiilor asupra dezvoltării durabile. 3. Impactul Antropizării asupra Calității Mediului a) Factori abiotici afectați Aer (poluare atmosferică) Apă (contaminarea apei) Sol (degradare prin eroziune, poluare chimică) b) Factori biotici afectați Flora și fauna (reducerea biodiversității, dispariția unor specii, fragmentarea habitatelor) 4. Rezultatele Activităților Umane asupra Mediului Activitate Rezultate Manifestări umană Linearizarea fluxurilor bio-geochimice și Poluare Poluarea aerului, apei, solului energetice Schimbări Creșterea temperaturilor globale, Scăderea biodiversității (extincția climatice modificarea regimului precipitațiilor speciilor, fragmentarea habitatelor) Extinderea orașelor, distrugerea habitatelor Antropizarea factorilor de mediu, Urbanizare naturale modificări climatice Zgomot și vibrații. Poluarea Aerului: Zgomot și Vibrații Poluarea aerului reprezintă una dintre cele mai mari probleme de mediu, având efecte semnificative asupra sănătății umane și ecosistemelor. Aceasta poate fi cauzată de diverse tipuri de poluare, fiecare având consecințe diferite asupra mediului. 1. Tipuri de Poluare a Aerului și Exemple Tipuri de Tipuri de poluare Exemple de tipuri de poluare impact - Gaze toxice provenite din activitatea industrială și arderea combustibililor fosili (oxizi ai azotului, ai carbonului, dioxid de sulf, freon). - Consecințe: Poluare Gaze ▪ Formarea ploilor acide ▪ Efect de seră datorat dioxidului de carbon ▪ Distrugerea stratului de ozon - Metale grele provenite din activități industriale și motoarele automobilelor Particule în - Praf suspensie - Particule de cărbune și alte substanțe - Microorganisme (în special în marile aglomerații urbane) Zgomote și - Alterarea condițiilor de habitat pentru populațiile de animale vibrații 2. Schimbarea Condițiilor Microclimatice Poluarea aerului poate influența semnificativ microclimatul prin: Creșterea temperaturii aerului (ex. efect de insulă de căldură urbană) Variații ale regimului pluviometric Modificarea dinamicii atmosferice, afectând curenții de aer și dispersia poluanților. aer-poluare Curbe de izoconcentraţie (în atmosferă la nivelul solului şi pe sol) Poluarea Aerului și Curbele de Izoconcentrație Poluarea aerului reprezintă un fenomen complex, iar distribuția poluanților în atmosferă și la nivelul solului poate fi analizată prin intermediul curbelor de izoconcentrație. Aceste curbe evidențiază variația concentrației poluanților în raport cu distanța față de sursa de poluare. 1. Elemente ale Curbelor de Izoconcentrație Sursa de poluare (marcată în roșu): Este punctul principal de emisii, cum ar fi o fabrică, un vehicul sau un incendiu. Zona de concentrație mare (marcată în maro): Reprezintă regiunea apropiată sursei, unde nivelul poluanților este foarte ridicat. Zona de concentrație mică (marcată în negru): Pe măsură ce poluanții se dispersează în atmosferă, concentrația acestora scade treptat. 2. Interpretarea Graficului Reprezentarea circulară: Ilustrează modul în care poluanții se dispersează radial în jurul sursei. Diagrama intensității izoconcentrației: Arată cum nivelul de poluare este maxim aproape de sursă și scade progresiv odată cu creșterea distanței. 3. Importanța Analizei Curbelor de Izoconcentrație Ajută la identificarea zonelor cu poluare ridicată, ceea ce permite luarea măsurilor de protecție adecvate. Contribuie la dezvoltarea strategiilor de reducere a poluării, cum ar fi amplasarea barierelor verzi sau restricționarea emisiilor industriale. Permite monitorizarea calității aerului și evaluarea impactului activităților antropice asupra mediului. B. Direcția vântului C. Reducerea izoconcentrației la sursă cu ajutorul unui coș de fum CONCENTRAȚIILE MEDII ANUALE DE NO2 în Municipiul Bucureşti 1. Direcția Vântului și Dispersia Poluanților Vântul joacă un rol esențial în răspândirea poluanților atmosferici. Diagrama de intensitate a izoconcentrației arată cum, în prezența vântului, poluanții se deplasează în direcția acestuia, extinzând zona afectată de poluare. Sursa de poluare este reprezentată de un punct fix (ex: fabrici, centrale termice, trafic rutier intens). Zonele cu concentrație mare sunt situate în apropierea sursei, iar cele cu concentrație mică se extind treptat pe direcția vântului. 2. Reducerea Izoconcentrației la Sursă cu Ajutorul Unui Coș de Fum Instalarea unui coș de fum în unitățile industriale ajută la dispersia poluanților la altitudini mai mari, reducând concentrațiile la nivelul solului. Această metodă minimizează impactul poluanților asupra sănătății umane și a ecosistemelor. Comparativ cu poluarea fără coș de fum, dispersia poluanților este mai eficientă și ajută la reducerea zonelor cu concentrații critice. 3. Nivelul de Poluare în București – Concentrațiile Medii Anuale de NO₂  Oxizii de azot (NO₂) sunt poluanți majori emiși de traficul rutier și activitățile industriale. Harta poluării cu NO₂ în București indică zonele cu cele mai ridicate concentrații, în special în centrul orașului și de-a lungul arterelor intens circulate. Expunerea prelungită la NO₂ poate cauza probleme respiratorii, afectând în special copiii, vârstnicii și persoanele cu boli pulmonare. 4. Surse Comune de Zgomot în Mediul Urban Printre cele mai frecvente surse de zgomot se numără: o Traficul rutier intens – principala cauză a poluării fonice în orașe. o Activitățile industriale – zgomotele produse de echipamente și mașinării. o Transportul feroviar și aerian – impact semnificativ asupra zonelor din apropierea căilor ferate și aeroporturilor. o Evenimente și construcții – lucrările de infrastructură și evenimentele publice cresc nivelul zgomotul SURSE COMUNE DE ZGOMOT Hărți de zgomot – indicatori: Lzsn = indicator de zgomot pentru zi-seară-noapte - indicator de zgomot asociat disconfortului general, pe o durată de 24 de ore - limită maximă 70 dB. Lnoapte = indicator de zgomot pentru noapte - indicator de zgomot asociat disconfortului din timpul nopții, când se poate produce tulburarea somnului – limită maximă 60 dB. Surse de zgomot: Trafic rutier. Trafic feroviar. Trafic aerian. Zgomot industrial. Zone liniștite – valori maxime de 55 dB (Lzsn). Surse Exterioare de Zgomot Aceste surse sunt specifice mediului urban și industrial, având un impact considerabil asupra sănătății și confortului locuitorilor. Sursă Nivel de Zgomot (dB) Avion cu reacție la 350 m altitudine 110 dB Cositoare cu benzină la 1 m 100 dB Camion Diesel la 20 m 90 dB Zi zgomotoasă urbană 80 dB Cositoare cu benzină la 35 m 70 dB Zonă comercială 60 dB Oră liniștită de zi în mediul urban 50 dB Oră liniștită de noapte în mediul urban 40 dB Oră liniștită de noapte în mediul rural 30 dB Observație: Zgomotul urban, cum ar fi traficul greu și activitățile comerciale, generează niveluri ridicate de poluare fonică. Expunerea îndelungată la niveluri de peste 85 dB poate cauza probleme auditive și stres. 2. Surse Interioare de Zgomot În interiorul clădirilor, zgomotul provine din diverse activități casnice și din medii de lucru. Sursă Nivel de Zgomot (dB) Formație rock 110 dB Metrou 100 dB Sursă Nivel de Zgomot (dB) Blender de bucătărie la 1 m 90 dB Aruncarea gunoiului la 1 m, strigăt la 1 m 80 dB Aspirator la 3 m 70 dB Vorbire normală la 1 m 60 dB Birou mare 50 dB Spălător de vase în camera alăturată 40 dB Mici teatre, săli mari de conferințe 30 dB Bibliotecă 30 dB Dormitor noaptea, sală de concert (fundal) 20 dB Studio de înregistrare și transmisii radio 10 dB Limita audibilității 0 dB Observație: Nivelurile de zgomot scăzute sunt esențiale pentru spațiile de odihnă și concentrare, cum ar fi bibliotecile, dormitoarele sau studiourile de înregistrare 6.Antropizarea Apei: Impact și Rezultate Apa este un factor esențial al mediului, suport al vieții și resursă regenerabilă, având un rol esențial în menținerea echilibrelor ecologice. Antropizarea apei, adică influența activităților umane asupra corpurilor de apă, poate avea efecte semnificative asupra circuitului natural al apei și calității acesteia. 6.1. Rezerve de Apă Resursele de apă pot fi clasificate în două categorii principale: Ape de suprafață – râuri, lacuri, care sunt direct expuse factorilor de poluare și modificărilor climatice. Ape subterane – prezente în acvifere, sunt mai protejate dar vulnerabile la poluarea provenită din infiltrații. 6.2. Impactele Antropizării Apei Intervenția umană asupra apei poate determina: 1. Modificarea debitului și regimului de curgere – prin regularizarea râurilor, construcția de baraje și exploatarea resurselor de apă. 2. Poluarea cu substanțe chimice și microorganisme patogene – provenite din agricultură (pesticide, îngrășăminte), industrie și deversările necontrolate de ape uzate. 3. Eutrofizarea apelor – cauzată de excesul de nutrienți din fertilizatori agricoli, care determină dezvoltarea excesivă a algelor și scăderea oxigenului în apă, afectând ecosistemele acvatice. Rolul Apei în Ecosistem Factor de mediu – influențează climatul, solurile și biodiversitatea. Suport al vieții – esențială pentru organismele vii. Resursă regenerabilă – circuitul apei este determinat de energia solară și influențat de ecosisteme. Tipuri de Ape Ape de suprafață: o Ape curgătoare – râuri, pârâuri. o Oglinzi de apă – lacuri, mlaștini. Ape subterane – acvifere, izvoare subterane. Circuitul Global al Apei Circuitul apei în natură este un proces dinamic, complex, și include: 1. Evaporarea – apa din oceane, râuri și sol se transformă în vapori. 2. Condensarea – vaporii de apă formează nori. 3. Precipitațiile – ploaia, zăpada sau grindina readuc apa pe sol. 4. Infiltrarea – apa pătrunde în sol, alimentând acviferele. 5. Scurgerea de suprafață – apa ajunge în râuri și lacuri, completând circuitul. Aceste procese sunt afectate de schimbările climatice și intervențiile antropice, cum ar fi despăduririle, urbanizarea și gestionarea defectuoasă a resurselor de apă. Antropizarea Cursurilor și Oglinzilor de Apă: Impact și Efecte Intervențiile umane asupra ecosistemelor acvatice pot avea efecte semnificative asupra calității și disponibilității apei. Modificările aduse cursurilor și oglinzilor de apă prin diverse activități umane conduc la alterarea habitatelor naturale, pierderea biodiversității și schimbări în dinamica ecologică. 1. Ape Curgătoare Activități și Impacturi: Modificarea regimului de curgere prin lucrări hidrotehnice (îndiguiri, baraje, canale de deviere, desecări). Poluarea apelor cu substanțe chimice și microorganisme patogene. Efecte: Uniformizarea debitului și vitezei de curgere, ceea ce duce la pierderea diversității ecosistemelor acvatice. Eliminarea zonelor umede, cu consecințe negative asupra biodiversității și echilibrului ecologic. Contaminarea apelor cu substanțe chimice provenite din agricultură și industrie (îngrășăminte, pesticide, poluanți menajeri), favorizând eutrofizarea. Poluare termică, determinată de evacuarea apelor calde din industrie, care afectează echilibrul speciilor.  Poluare fonică (zgomote și vibrații), având efecte asupra faunei acvatice prin modificarea comportamentului și dispariția unor specii. 2. Oglinzi de Apă Activități și Impacturi: Lucrări hidrotehnice, care pot afecta habitatul natural prin modificarea zonelor de tranziție dintre ecosistemele acvatice și terestre. Poluarea apelor cu substanțe provenite din activități industriale, agricole sau menajere. Efecte: Modificarea habitatelor naturale, afectând speciile acvatice și ecosistemele terestre de la marginea zonelor umede. Contaminarea apei cu substanțe toxice (metale grele, îngrășăminte, deșeuri menajere), ceea ce duce la acumularea poluanților în organismele acvatice. Poluare termică, care determină schimbări în compoziția speciilor și creșterea algelor. Poluare fonică, având impact asupra comportamentului speciilor acvatice. 3. Ape Subterane Activități și Impacturi: Modificarea regimului de curgere, care afectează debitele disponibile și adâncimea acviferelor. Poluarea apelor prin infiltrarea poluanților din agricultură sau activități industriale. Efecte: Scăderea disponibilității apei subterane, afectând sursele de apă potabilă. Apariția nitriților și nitraților în apele de băut, din cauza utilizării intensive a îngrășămintelor agricole. Contaminarea cu microorganisme patogene, în special în zonele cu mine abandonate sau alte surse de poluare. 2. Antropizarea solului ANTROPIZAREA SOLULUI = modificarea structurilor solului şi a atributelor funcţionale ale acestuia. Artificalizări topografice – excavații, umpluturi. Decopertări, compactări – pentru amplasarea construcțiilor. Acoperire sol cu suprafețe artificiale. Depozitare necorespunzătoare a deșeurilor – modificare compoziție chimică a solului. 7.1. Cauze Dezvoltarea urbană și industrială; Agricultura intensivă; Depozitarea deșeurilor; Compactarea solului. 7.2. Impacte  Pierderea fertilității; Eroziunea solului; Contaminarea cu substanțe toxice. Impactele Asupra Solului: Factori Determinanți și Modificări Structurale Solul reprezintă un element fundamental al ecosistemelor, având rolul de suport al vieții și de resursă regenerabilă, dar care se constituie pe intervale lungi de timp (mii de ani). Acesta este influențat de factori precum ecosistemul, clima și substratul topo-hidro-geologic. Modificările intervenite asupra solului pot duce la pierderea fertilității, eroziune și contaminare. 1. Impacte majore asupra solului Pierderea fertilității – scăderea capacității solului de a susține vegetația și productivitatea agricolă. Eroziunea solului – proces de degradare care reduce stratul fertil și favorizează deșertificarea. Contaminarea cu substanțe toxice – poluare chimică determinată de activitățile industriale, agricole și urbane. 2. Structura solului și caracteristicile sale Compoziția chimică: Conținut de elemente minerale și organice. Prezența substanțelor anorganice și a poluanților. Acțiunea microorganismelor asupra materiei organice. Aciditatea și alcalinitatea solului (pH). Structura fizică: Granulația și textura solului. Porozitatea și compactitatea stratului superior. Densitatea specifică, influențată de factori mecanici și chimici. Organismele edafice (din sol): Conțin materie organică în diverse stadii de descompunere. Microrganisme precum bacterii și ciuperci, responsabile pentru procesele de mineralizare. Substanțe organice și minerale provenite din organisme moarte. 3. Modificările structurale ale solului Modificarea structurii fizice: Distrugerea microtopografiei prin compactare excesivă. Schimbarea granulației solului prin intervenții mecanice. Reducerea stabilității structurale prin activități agricole și urbane. Poluarea atmosferică cu particule fine (praf, metale grele). Modificarea edafotopului: Dispariția microorganismelor benefice din cauza poluării. Reducerea conținutului de nutrienți. Scăderea biodiversității solului și afectarea lanțurilor trofice. Reducerea fluxului de elemente din sol: Pierderea nutrienților prin levigare. Schimbări în circulația substanțelor minerale și organice.  Dezechilibre în procesele bio-geo-chimice ale ecosistemului solului. 4. Clase de Pretabilitate a Solului Clasificarea solurilor în funcție de utilizarea agricolă evidențiază cinci clase: 1. Clasa I – terenuri foarte bune pentru agricultură, fără limitări majore. 2. Clasa II – terenuri cu limitări moderate, dar utilizabile pentru culturi. 3. Clasa III – terenuri cu textură lutoasă și dificultăți de drenaj. 4. Clasa IV – terenuri cu probleme severe (pietriș, rocă la suprafață). 5. Clasa V – terenuri improprii pentru agricultură, utilizabile doar pentru pajiști sau ameliorare. 8. Antropizarea factorilor biotici ▪ Înlocuire vegetație spontană cu elemente artificiale (construcții, infrastructură) sau cu spații plantate controlate de om. 8.1. Vegetația Reducerea suprafețelor naturale; Introducere specii noi, adaptate climatului urban: tuia, pinul, molidul, magnolia, platanul, castanul.Alterarea ecosistemelor naturale. Antropizarea faunei: 8.2. Fauna Specii antropofile (vrabia, cioara, mierla, turturica, şobolanii, muştele, ţânţarii etc.) care au reuşit să-şi adapteze comportamentul şi dieta la noile condiţii de mediu impuse de amenajările antropice. Creșterea populațiilor de specii antropofile (vrabia, țânțarul, șobolanul); Reducerea biodiversității; Risc crescut de transmitere a bolilor zoonotice. Antropizarea Factorilor Biotici: Impact Asupra Vegetației și Faunei Antropizarea factorilor biotici reprezintă modificarea ecosistemelor naturale prin intervenția umană, ceea ce duce la schimbări semnificative în structura și funcționarea acestora. Această transformare se manifestă prin înlocuirea vegetației spontane cu elemente artificiale și prin modificarea faunei native, favorizând speciile antropofile. 1. Impactul asupra vegetației Reducerea suprafețelor naturale – scăderea zonelor cu vegetație spontană și distrugerea habitatelor originale. Introducerea speciilor noi, adaptate climatului urban – utilizarea unor plante ornamentale și rezistente la poluare, precum: o Tuia, pinul, molidul, magnolia, platanul, castanul. o Aceste specii sunt plantate controlat, dar alterează ecosistemele naturale. 2. Antropizarea faunei  Apariția și proliferarea speciilor antropofile – adaptate la mediile urbane și infrastructura umană: o Păsări: vrabia, cioara, mierla, turturica. o Mammifere: șobolanii. o Insecte: țânțarii, muștele. o Aceste specii și-au modificat comportamentul și dieta pentru a supraviețui în noile condiții de mediu impuse de urbanizare. Creșterea populațiilor de specii antropofile – dezechilibre ecologice cauzate de lipsa prădătorilor naturali și de abundența resurselor alimentare create de om. Reducerea biodiversității – eliminarea unor specii native și diminuarea varietății biologice. Risc crescut de transmitere a bolilor zoonotice – speciile adaptate mediului urban pot fi vectori pentru boli periculoase (șobolanii și țânțarii transmit agenți patogeni ce afectează sănătatea umană). Exemple de modificări urbane și impact asupra ecosistemelor Imaginile atașate ilustrează transformările teritoriale ale Bucureștiului, evidențiind modificările de utilizare a terenului și impactul urbanizării asupra mediului. Schimbările includ: Extinderea zonelor construite în detrimentul spațiilor verzi. Conversia terenurilor agricole și naturale în platforme industriale sau rezidențiale. Crearea unor insule ecologice fragmentate, insuficiente pentru menținerea echilibrului ecologic. 9. Concluzii Antropizarea factorilor de mediu are consecințe majore asupra ecosistemelor și calității vieții umane. Pentru a limita impactul negativ, sunt necesare strategii de dezvoltare durabilă, protecția biodiversității și implementarea unor politici eficiente de gestionare a resurselor naturale. Curs 10: Orașul ca ecosistem 1. Introducere Orașele sunt ecosisteme complexe, caracterizate printr-o interacțiune intensă între factorii naturali și cei antropici. Spre deosebire de ecosistemele naturale, cele urbane sunt dominate de influența umană, având un consum energetic ridicat și un impact semnificativ asupra mediului. Studiul ecosistemelor urbane este esențial pentru dezvoltarea durabilă a orașelor și pentru reducerea impactului negativ asupra mediului. 2. Tipuri de ecosisteme 2.1. Ecosisteme naturale 1. Ecosisteme naturale = sisteme ecologice care se structurează şi evoluează utilizând exclusiv energia solară. De ex. Ecosistemul stepei, ecosistemul zonelor umede (mlaştini sau zone inundabile). Se bazează exclusiv pe energia solară. Exemple: ecosistemele forestiere, stepa, zonele umede. Caracteristici: o Maturitate ecologică.  oStare de echilibru (homeostazie). oBiodiversitate ridicată. oPiramida trofică stabilă. oConsum optim de energie raportat la productivitatea biologică. CARACTERISTICI o ▪ Ecosistem matur. o ▪ Stare de echilibru (homeostazie). o ▪ Biodiversitate genetică, a speciilor, a habitatelor. o ▪ Piramida trofică stabilă. o ▪ Resursele sunt absorbite de pe teritoriul ecosistemului. o ▪ Consum energetic optim faţă de productivitatea biologică. Ecosistemul Natural: Funcționare și Fluxuri Energetice Un ecosistem natural este un sistem complex, autosustenabil, care funcționează prin interacțiunea factorilor biotici și abiotici. Acesta primește energie și resurse din mediu, procesează aceste intrări prin ciclurile biologice și chimice, și produce elemente esențiale pentru susținerea vieții. 1. Intrările și fluxurile ecosistemului natural Energie solară – reprezintă principala sursă de energie, utilizată de producătorii primari prin fotosinteză. Alte intrări naturale – includ nutrienți, apă, gaze atmosferice și alte resurse necesare vieții. Circuitul bio-geo-chimic – procesează și reciclează substanțele, asigurând sustenabilitatea ecosistemului. 2. Produsele ecosistemului și disiparea energiei Produse biologice – sunt rezultatul activităților biologice și includ biomasa generată de plante, microorganisme și animale. Energie disipată – o parte din energia primită de ecosistem este pierdută sub formă de căldură, conform legilor termodinamicii. Deșeuri – materialele organice și anorganice care nu sunt utilizate direct sunt reciclate în cadrul ecosistemului prin descompunere, reintrând în circuitul bio-geo-chimic. 3. Legătura dintre ecosistemele naturale și urbane  Produsele ecosistemului sunt transferate spre ecosistemele urbane, oferind resurse esențiale precum: o Alimente o Materii prime o Oxigen și servicii ecologice Ecosistemele naturale joacă un rol crucial în menținerea echilibrului ecologic, furnizând servicii ecosistemice vitale pentru societate. Înțelegerea și protejarea acestora sunt esențiale pentru sustenabilitatea mediului și a vieții pe Pământ. 2.2. Ecosisteme seminaturale 2. Ecosisteme seminaturale = sisteme ecologice care se structurează şi evoluează utilizând energia solară şi energia antropică (indusă de către sistemul socio-economic). De ex. păşunile. Evoluează printr-o combinație de energie solară și energie antropică. Exemple: pajiștile, terenurile agricole tradiționale. Caracteristici: o Stare de echilibru instabil. o Biodiversitate mai redusă comparativ cu ecosistemele naturale. o Necesită intervenții umane pentru menținerea echilibrului. 2.3. Ecosisteme antropizate 3. Ecosisteme antropizate = sisteme ecologice care se structurează şi evoluează utilizând energia solară şi (într-o mai mare măsură) energia antropică (indusă de către sistemul socio-economic). De ex. eco- agrosistemele (terenurile agricole). Se bazează pe energie solară și energie antropică (mai intens influențate de om). Exemple: eco-agrosistemele, terenurile agricole intensiv utilizate. Caracteristici: o Stare de echilibru instabil. o Biodiversitate limitată. o Consumul energetic depășește productivitatea biologică. o ▪ Ecosistem tânăr. o ▪ Stare de echilibru instabil (depinde de energia antropică introdusă). o ▪ Biodiversitate redusă: genetică, a speciilor, a habitatelor. o ▪ Piramida trofică practic anulată (monocultură). o ▪ Resursele sunt absorbite de pe teritoriul ecosistemului şi din reţeaua de localităţi. o ▪ Consum energetic mai mare faţă de productivitatea biologică,comparativ cu ecosistemele naturale mature. Ecosistemul Agricol: Structură și Funcționare Ecosistemele agricole sunt sisteme create și gestionate de om pentru producerea de resurse alimentare și materii prime. Acestea sunt caracterizate de intervenții antropice și un flux controlat de energie și materie. 1. Intrările în ecosistemul agricol Energie solară – esențială pentru procesele biologice, cum ar fi fotosinteza, care permite producerea biomasei. Alte intrări naturale – includ apă, nutrienți din sol, microorganisme și factori climatici care influențează productivitatea. Intrări antropice – elemente esențiale adăugate de om pentru optimizarea randamentului, cum ar fi: o Fertilizatori o Substanțe chimice (pesticide, erbicide) o Mecanizare și irigații 2. Producția și disiparea energiei Produse biologice – rezultatul activităților agricole, care includ recolta vegetală și producția animalieră. Energie disipată – pierderi inevitabile de energie sub formă de căldură în timpul proceselor biologice și activităților agricole. Deșeuri și reciclare: o Deșeuri biodegradabile – reintrate în circuitul bio-geo-chimic prin descompunere. o Deșeuri neasimilabile – rezultate din utilizarea substanțelor chimice, plasticului sau altor materiale antropice, care afectează mediul. 3. Legătura cu ecosistemele urbane Produsele agricole sunt transferate către ecosistemele urbane sub formă de alimente și materii prime, susținând dezvoltarea economică și socială. Impactul ecologic: o Epuizarea resurselor naturale (sol, apă) o Poluare prin utilizarea intensivă a substanțelor chimice  o Gestionarea deficitară a deșeurilor agricole Depind de om, însă nu manifestă diferențe nete față de ecosistemele naturale. Reprezintă sisteme ecologie naturale optimizate pentru obținereaproducției vegetale sau naturale sporite sau pentru alte scopuri umane. Implică instabilitate – cost ridicat de menținere și control al nivelurilortrofice care sunt exploatate direct. Factorul uman – indispensabil optimizării producției – 2 funcții: ▪ Corecție efecte nefavorabile ale componentelor naturale. ▪ Optimizarea producției de biomasă. 2.4. Ecosistemul urban Ecosistemul urban şi suprasistemul reţelei de localităţi = sisteme care utilizează exclusiv energia antropică (indusă de către sistemul socio-economic) pentru crearea structurilor spaţiale şi tehnologice, dar care utilizează resursele produse de sistemele ecologice din primele trei categorii. Se dezvoltă exclusiv pe baza energiei antropice. Utilizează resurse din toate celelalte ecosisteme. Caracteristici: o Ecosistem imatur, instabil. o Biodiversitate redusă. o Piramida trofică inversată (omul este prădător de vârf). o Consum energetic imens. o ▪ Ecosistem tânăr. o ▪ Stare de echilibru instabil (depinde de energia antropică şi de resursele ecosistemelor agricole şi naturale). o ▪ Biodiversitate redusă: genetică, a speciilor, parţial a habitatelor. Biodiversitate mare etno-culturală. o ▪ Piramida trofică este inversată (specia umană constituie prădătorul de vârf). o ▪ Resursele sunt absorbite de pe teritoriul reţelei de localităţi (resurse materiale, energetice, umane, servicii, produse ne-biologice). o ▪ Consum energetic imens, comparativ cu ecosistemele naturale mature Ecosistemul Natural: Structură și Funcționare Ecosistemele naturale sunt sisteme ecologice complexe care funcționează pe baza interacțiunii dintre componentele biotice (organismele vii) și componentele abiotice (factori fizico-chimici). Acestea mențin un echilibru ecologic și sunt autosustenabile prin reciclarea materiei și fluxurile de energie. 1. Intrările în ecosistemul natural Energie solară – sursa principală de energie care alimentează procesele biologice, precum fotosinteza. Alte intrări naturale – includ precipitațiile, nutrienții din sol și fluxurile de aer și apă, care susțin biodiversitatea. 2. Producția și ciclul energiei Produse biologice – rezultatele proceselor ecosistemului, incluzând biomasa vegetală și animală, care contribuie la lanțurile trofice și la echilibrul ecologic. Energie disipată – energia pierdută sub formă de căldură în cadrul metabolismului și al altor procese biologice. Circuit bio-geo-chimic – reciclarea nutrienților prin descompunerea materiei organice, care asigură menținerea fertilității solului și a ciclului vieții. 3. Deșeurile și reciclarea în ecosistem Deșeurile organice sunt reintegrate în circuitul bio-geo-chimic prin procese de descompunere realizate de microorganisme. Spre ecosistemele urbane – ecosistemele naturale oferă resurse și servicii ecosistemice pentru mediul urban, contribuind la menținerea calității aerului, apei și biodiversității. 4. Importanța ecosistemelor naturale Reglează clima și ciclurile naturale. Asigură hrană, apă și materii prime pentru ecosistemele antropice. Contribuie la menținerea biodiversității și a echilibrului ecologic. 3. Structura ecosistemului urban 3.1. Metabolismul urban Metabolismul Global al unei Localități Urbane Metabolismul unei localități urbane se referă la fluxurile de resurse, energie și deșeuri care intră, circulă și ies dintr-un sistem urban. Acest metabolism reflectă impactul uman asupra mediului și eficiența utilizării resurselor. 1. Intrările în localitate Orașele funcționează prin absorbția unui volum mare de resurse naturale și produse finite necesare activităților economice și sociale: Energie solară – susține procesele naturale și climatice. Materii prime – resurse naturale utilizate pentru industrie, transport, locuințe și infrastructură. Materiale de construcții – esențiale pentru dezvoltarea urbană. Produse finite și semifabricate – pentru consum și producție. Alimente și produse de origine animală și vegetală – necesare pentru populație. Energie înglobată – sub forma combustibililor fosili, electricității și altor surse de energie. 2. Procesele din cadrul localității Localitatea urbană integrează diverse activități economice și sociale: Industrie și transporturi – mari consumatori de resurse și generatori de poluare. Locuințe și dotări urbane – consumatori de energie și materii prime. Echipare edilitară – infrastructura și serviciile urbane necesare funcționării eficiente. 3. Ieșirile și deșeurile Orașele produc o cantitate semnificativă de emisii și deșeuri, rezultând în impacturi asupra mediului: Căldură – rezultat al activităților economice și utilizării energiei. Poluanți ai aerului – emisii industriale și de transport. Deșeuri solide și ape uzate – produse de populație și activitățile economice.  Apa potabilă înglobată în produse și procese industriale – consumată în industrie și infrastructură. 4. Reciclarea și sustenabilitatea Reciclarea este un proces esențial pentru reducerea consumului de resurse primare și gestionarea deșeurilor. Implementarea unor strategii eficiente de management al resurselor poate contribui la reducerea poluării și la optimizarea metabolismului urban. Orașele funcționează ca organisme vii, având fluxuri constante de materii prime, energie și deșeuri. Acest metabolism global este format din: Intrări: o Resurse naturale (apă, materii prime, energie). o Produse agricole și industriale. Procese interne: o Activități economice. o Servicii publice. o Transport și infrastructură. Ieșiri: o Produse economice finite. o Deșeuri (asimilabile sau neasimilabile). Structura ecosistemului urban Ecosistemul urban reprezintă o interacțiune complexă între factorii naturali și cei antropici, fiind structurat pe trei mari componente: biotopul, biocenoza și sistemul uman. Aceste elemente interdependente definesc mediul urban și influențează echilibrul ecologic al orașelor. 1. Biotopul – Factorii staționari ai ecosistemului urban Biotopul cuprinde ansamblul factorilor fizico-chimici care oferă suportul necesar dezvoltării ecosistemului urban. Acești factori sunt grupați în trei categorii principale: Factori geografici o Relieful o Rețeaua hidrografică (ape de suprafață, ape freatice) o Clima Factori geologici o Structura geologică o Prezența apelor freatice Factori pedologici o Oferta pedologică a edafotopului (calitatea și tipologia solului influențează vegetația urbană și utilizarea terenului) Acești factori determină condițiile inițiale ale habitatului urban și influențează capacitatea de susținere a orașelor din punct de vedere ecologic și economic. 2. Biocenoza – Comunitățile biologice din ecosistemul urban Biocenoza urbană include organismele vii care interacționează cu mediul fizic și sunt influențate de gradul de antropizare. Se împarte în două categorii: Fitocenoze (vegetal) o Habitat natural (zone verzi naturale) o Habitat puternic antropizat (parcuri, grădini, zone industriale) Zoocenoze (faună) o Habitat natural (păsări, insecte, mamifere mici) o Habitat puternic antropizat (specii adaptate urbanizării, precum porumbei, șobolani, vulpi urbane) Gradul de antropizare al habitatelor influențează biodiversitatea, determinând schimbări în ecosistemele urbane și reducerea speciilor naturale în favoarea celor adaptate mediului urbanizat. 3. Sistemul uman – Interacțiunea dintre om și ecosistemul urban Ecosistemul urban este dominat de activitățile umane, care influențează structurile fizice și funcționale ale orașelor. Structurile spațiale și funcționale ale orașului Țesutul urban (modul în care sunt organizate clădirile și infrastructura) Zonele funcționale (zone rezidențiale, industriale, comerciale, de agrement) Structurile tehnologice edilitare (rețele de transport, canalizare, iluminat) Poluarea în ecosistemul urban Aer (emisii industriale, trafic auto) Apă (contaminarea resurselor de apă prin deșeuri și substanțe chimice) Sol (degradarea solului prin urbanizare și poluare chimică) Componenta social-economică a ecosistemului urban Populația umană – Antropocenoza (totalitatea locuitorilor și impactul lor asupra mediului)  Structuri sociale și economice (diviziunea muncii, organizarea economică a orașelor) Structuri politice și legislative (norme și reglementări care influențează organizarea orașelor) Structuri culturale și psihologice (percepția asupra mediului urban și modul în care locuitorii interacționează cu acesta) Așezarea umană și resursele capitalului natural Așezările umane depind în mod fundamental de resursele naturale și de fluxurile de materie și energie care susțin ecosistemele. Aceste interacțiuni între structurile urbane și mediul natural influențează productivitatea ecosistemelor și determină modificări globale ale factorilor de mediu. 1. Rolul energiei solare în ecosistem Energia solară reprezintă sursa principală de energie care susține atât ecosistemele naturale, cât și ecogosistemele create de om. Aceasta alimentează procesele biologice și fizice care stau la baza productivității ecosistemelor și fluxurilor de resurse utilizate de așezările umane. 2. Fluxurile de materiale și energie Fluxurile materiale sunt circulații de resurse între ecosisteme și așezările umane, incluzând: Intrări – materii prime, produse agricole, energie. Ieșiri – deșeuri, poluare. Tipuri de energie utilizate în așezările umane: Energie neregenerabilă – combustibili fosili, resurse minerale. Energie regenerabilă – energia solară, eoliană, hidroenergie, biomasa. Energie antropizată – energia procesată prin activitățile umane, cum ar fi electricitatea produsă industrial. 1. Ecosisteme și ecogosisteme Ecosistemele naturale Se caracterizează prin structuri, procese și fluxuri naturale.  Susțin biodiversitatea și oferă servicii ecologice esențiale (purificarea apei, reglarea climei, stocarea carbonului). Ecogosistemele Sunt sisteme modificate de om, în care intervin structuri și procese controlate de activitatea umană. Depind de aporturi energetice externe și de resursele naturale pentru a menține productivitatea. Productivitatea biomasei și serviciilor ecosistemice este direct influențată de modul în care resursele naturale sunt utilizate și gestionate de societate. 4. Impactul așezărilor umane asupra mediului Așezările umane modifică fluxurile naturale de materie și energie, generând: Consumul intensiv al resurselor naturale – afectează echilibrul ecosistemelor prin extragerea excesivă a resurselor. Poluarea – afectează calitatea aerului, apei și solului. Modificări globale ale factorilor de mediu – contribuie la schimbările climatice, pierderea biodiversității și degradarea solurilor. Gestionarea durabilă a resurselor este esențială pentru reducerea impactului negativ al urbanizării asupra mediului și pentru menținerea productivității ecosistemelor. Raportul om – structuri spațial-funcționale ale orașului Orașul este rezultatul interacțiunii dintre necesitățile umane și organizarea spațială și funcțională a teritoriului. Structurile sale reflectă atât nevoile biologice fundamentale, cât și exigențele socio- economice izvorâte din organizarea complexă a societății umane. 1. Necesitățile umane și influența lor asupra organizării orașului 1.1. Necesitățile biologice constante Fiind parte din lumea vie, omul are necesități fiziologice esențiale pentru supraviețuire: Aer  Apă Hrană Reproducere În plus, protecția împotriva factorilor agresivi (patogeni, fizico-chimici) este o altă necesitate vitală care influențează organizarea spațiului urban. 1.2. Necesitățile socio-economice Spre deosebire de sistemele biologice, societatea umană are cerințe suplimentare, care determină organizarea spațială a orașului: Necesități sociale și valori Securitate, apartenență la comunitate Acces la resurse materiale și culturale Crearea unor structuri funcționale care să susțină dezvoltarea socială Necesități psihologice Proiecție în viitor și siguranță bazată pe planificare Nevoia de stabilitate și echilibru în mediul urban Reducerea haosului prin reguli și norme sociale Necesități economice Creșterea producției și a bunurilor de consum Asigurarea sustenabilității sistemului economic urban Crearea unei infrastructuri care să susțină comerțul și industria 2. Structurile funcționale ale orașului – materializarea spațială a necesităților Orașul este organizat într-o serie de zone funcționale care reflectă aceste necesități: Zone de locuit – asigură habitatul pentru populație Zone industriale – destinate producției și procesării resurselor Zone de servicii – cuprind administrația, comerțul, sănătatea, educația și cultura Zone recreaționale – destinate agrementului și petrecerii timpului liber Zone periurbane – spații de tranziție între oraș și mediul rural În plus, aceste zone sunt conectate prin rețelele de drumuri și instalații edilitare, esențiale pentru buna funcționare a orașului. Așezarea umană în raport cu mediul și societatea Așezările umane reprezintă un sistem complex care rezultă din interacțiunea dintre mediu, societate și necesitățile umane. Acest proces implică modificarea mediului natural prin tehnologii și infrastructuri specifice, influențând astfel atât organizarea spațială, cât și funcționalitatea orașelor și a așezărilor. 1. Relația dintre așezarea umană, mediu și societate Mediul constituie suportul sistemului social-economic, oferind resurse și condiții pentru dezvoltarea așezărilor umane. Societatea este motorul schimbărilor, determinată de necesitățile umane, care conduc la crearea unor structuri funcționale menite să satisfacă aceste cerințe. Așezarea umană este expresia spațială a interacțiunii dintre mediu și societate, materializându-se prin configurații spațiale și tehnologice adaptate funcționalităților urbane. 2. Antropizarea și transformarea mediului Antropizarea este procesul prin care factorii abiotici și biotici ai mediului sunt modificați de activitățile umane. Acest proces poate avea două tendințe: Acțiune entropică – poate duce la degradarea și dezorganizarea sistemului natural (poluare, distrugerea habitatelor, scăderea biodiversității). Acțiune antientropică – presupune măsuri de reabilitare, protejare și gestionare durabilă a mediului. De asemenea, așezările umane tind să creeze ordine și organizare în raport cu mediul, având o influență directă asupra ecosistemelor naturale. 3. Configurația spațială și tehnologică a așezărilor Funcționalitatea urbană este determinată de structura fizică a orașului, formată din rețele de locuințe, transport, industrie, zone verzi și infrastructură tehnico-edilitară. Tehnologia joacă un rol esențial în adaptarea așezărilor la cerințele sociale și economice, contribuind la dezvoltarea orașelor inteligente și sustenabile. 4. Mediul ca suport al sistemului social-economic Mediul natural susține dezvoltarea economică și socială prin furnizarea resurselor necesare. În același timp, activitățile socio-economice transformă mediul, ceea ce impune necesitatea unei gestionări echilibrate pentru a menține sustenabilitatea așezărilor umane. Antropizarea și efectele activităților umane asupra mediului Antropizarea reprezintă modificarea factorilor de mediu, atât abiotici (sol, apă, aer, climă) cât și biotici (specii, ecosisteme), ca urmare a activităților umane directe sau indirecte. Aceasta are multiple efecte asupra mediului, influențând echilibrul natural al ecosistemelor și contribuind la degradarea acestora. Rezultatele activităților umane și manifestările antropizării 1. Poluarea o Se manifestă prin modificarea fluxurilor naturale de materie și energie, ceea ce duce la linearizarea fluxurilor bio-geo-chimice și energetice. o Exemple: acumularea de deșeuri, poluarea apei, solului și aerului. 2. Schimbările climatice o Consecință majoră a emisiilor de gaze cu efect de seră și a modificărilor aduse ecosistemelor de către activitatea umană. o Impactul schimbărilor climatice asupra biodiversității se traduce prin scăderea biodiversității, incluzând: ▪ Extincția unor specii și reducerea numărului acestora. ▪ Fragmentarea habitatelor naturale. ▪ Reducerea diversității genetice. ▪ Distrugerea ecosistemelor. 3. Urbanizarea o Dezvoltarea orașelor și extinderea infrastructurii umane modifică profund mediul înconjurător. o Antropizarea factorilor de mediu presupune transformarea solurilor naturale în suprafețe construite, modificarea cursurilor de apă, crearea de microclimate urbane etc. o Conduce la accentuarea modificărilor climatice, prin efecte precum insula de căldură urbană și alterarea regimului precipitațiilor. Dinamica urbană și impactul asupra calității mediului Dinamica urbană reflectă transformările continue ale orașelor sub influența creșterii demografice, economice și tehnologice. Aceste schimbări au efecte directe asupra mediului, determinând procese de antropizare accelerată și modificări ale biotopului urban. 1. Principalele mutații ale dinamicii urbane Procesul de dezvoltare urbană include mai multe tipuri de transformări: a) Mutații cantitative Creșterea ariilor urbane – extinderea orașelor prin dezvoltarea infrastructurii și a zonelor locuite. Creșterea populației umane – migrația către orașe și creșterea natalității în centrele urbane conduc la o densificare a populației. b) Modificări structurale Apar funcții urbane noi, reflectând diversificarea economică și socială. Configurarea de noi spații urbane, care includ centre comerciale, cartiere rezidențiale, zone de recreere sau parcuri industriale. Inovații tehnologice în construcții și infrastructură, menite să sprijine dezvoltarea urbană și să îmbunătățească calitatea vieții. c) Evoluția relațiilor orașului cu teritoriul Creșterea gradului de integrare socială și economică – urbanizarea stimulează dezvoltarea rețelelor de transport, comerț și servicii, integrând mai eficient orașele în economia globală. d) Modificări ale fluxurilor materiale, energetice și informaționale Creșterea consumului de resurse materiale și energie – orașele devin mari consumatori de resurse naturale.  Schimbarea calității fluxurilor – procesul de urbanizare determină modificări în utilizarea și distribuția energiei și resurselor. Creșterea fluxurilor informaționale – digitalizarea și utilizarea tehnologiilor inteligente transformă modul de organizare și funcționare a orașelor. 2. Consecințele dinamici urbane asupra mediului Accelerarea procesului de antropizare – dezvoltarea urbană modifică factorii de mediu și ecosistemele naturale, reducând capacitatea de suport a acestora. Modificarea continuă a biotopului urban – ecosistemele naturale sunt înlocuite cu structuri construite, schimbând echilibrul ecologic al zonei. Schimbarea biocenozelor urbane – reducerea spațiilor verzi și fragmentarea habitatelor determină scăderea biodiversității și apariția unor specii adaptate mediului urbanizat. Reducerea capacității de suport a mediului – orașele consumă resurse într-un ritm mai rapid decât capacitatea naturală de regenerare, ceea ce poate duce la probleme precum poluarea, degradarea solurilor și criza resurselor de apă. 3. Etapele succesive ale dezvoltării orașelor Dezvoltarea orașelor urmează un proces evolutiv în timp, trecând prin mai multe faze: Extinderea inițială a orașului, în care orașele cresc haotic, adaptându-se cerințelor demografice. Organizarea spațial-funcțională, când orașele devin mai bine structurate și eficient integrate în rețeaua urbană. Transformarea în noduri urbane complexe, în care orașele devin centre de influență economică și socială, interconectate la nivel național și internațional. 3.2. Economia circulară Pentru a reduce impactul negativ asupra mediului, orașele trebuie să adopte principii ale economiei circulare: Reciclarea materialelor. Refolosirea resurselor. Producerea energiei regenerabile. Planificarea urbană sustenabilă. 4. Relația dintre orașe și mediu 4.1. Impactul urbanizării asupra mediului Urbanizarea influențează puternic mediul prin: Poluare (aer, apă, sol). Degradarea ecosistemelor naturale. Creșterea temperaturii urbane (efectul de insulă termică). Consumul excesiv de resurse naturale. 4.2. Antropizarea Este procesul prin care activitățile umane modifică mediul natural. Modalități de manifestare:  o Urbanizare rapidă. o Poluarea resurselor naturale. o Schimbări climatice. o Scăderea biodiversității. 4.3. Planificare sustenabilă Pentru a limita impactul urbanizării, se recomandă: Extinderea zonelor verzi urbane. Reducerea consumului energetic. Transport public eficient. Construcții eficiente energetic. 5. Analize teritoriale de mediu Analiza mediului urban este esențială pentru dezvoltarea orașelor. Documentațiile de urbanism includ evaluări privind: Riscurile naturale (cutremure, inundații, alunecări de teren). Problemele de poluare și riscurile tehnologice. Resursele naturale existente. Arii protejate și habitate valoroase. Exemple de studii teritoriale Planul de Amenajare a Teritoriului Județean (PATJ) Suceava (2024). Strategia de dezvoltare a județului Timiș (2022). 6. Concluzii Orașele sunt ecosisteme complexe, dependente de resurse naturale și antropice. Impactul urbanizării asupra mediului este semnificativ, necesitând măsuri de sustenabilitate. Economia circulară și planificarea urbană ecologică sunt soluții pentru reducerea efectelor negative. Studiile teritoriale sunt esențiale pentru o dezvoltare echilibrată a orașelor. Această analiză oferă o bază solidă pentru o planificare urbană responsabilă, capabilă să asigure un echilibru între dezvoltarea economică și protecția mediului. Curs 11: Energie, Climat Urban și Reziliență Climatică 1. Introducere Urbanizarea accelerată și consumul tot mai mare de energie sunt factori care contribuie semnificativ la schimbările climatice. Orașele, în calitate de centre economice și sociale, joacă un rol cheie atât în generarea problemelor de mediu, cât și în identificarea soluțiilor pentru o dezvoltare durabilă. 2. Sursele de energie în mediul urban Energie este esențială pentru funcționarea orașelor, alimentând infrastructura, transportul și activitățile economice. Sursele de energie se împart în două mari categorii: 2.1. Surse convenționale de energie Cărbune Petrol Gaze naturale Energie nucleară Aceste surse sunt caracterizate prin emisii ridicate de CO₂, contribuind la schimbările climatice și la probleme de sănătate publică. 2.2. Surse regenerabile de energie Energie solară Energie eoliană Hidroenergie Energie geotermală Biomasa Utilizarea surselor regenerabile devine din ce în ce mai importantă pentru reducerea impactului urban asupra mediului și pentru îmbunătățirea rezilienței climatice. Amenințarea schimbărilor climatice Necesitatea de a reduce emisiile de gaze cu efect de seră în atmosferă. ▪ Adaptarea societății la efectele negative ale schimbărilor climatice (încălzire, creștere intensitate și frecvență fenomene extreme). ▪ Trecerea de la o planificare centrată pe reducerea riscurilor la o planificare centrată pe adaptarea la schimbările climatice. Orașele și schimbările climatice ▪ Orașele se află în prim-planul luptei împotriva schimbărilor climatice - ținte: ▪ ▪ Reducere emisii gaze cu efect de seră ▪ ▪ Reducerea vulnerabilității sistemelor naturale și antropice –anticipare și adaptare ▪ ▪ Schimbările climatice – oportunitatea dezvoltării unor proiecte noi, adaptate provocărilor contemporane ale orașelor. Atenuarea efectelor schimbărilor climatice (mitigation): ▪ Măsuri cu impact la scară macro (global) – reducerea concentrației atmosferice a gazelor cu efect de seră. Adaptarea la efectele schimbărilor climatice (adapatation): ▪ Măsuri cu impact la scară meso (națională) și micro (locală) – reducerea vulnerabilității orașelor la riscurile associate schimbărilor climatice. 3. Impactul schimbărilor climatice asupra orașelor Schimbările climatice sunt generate de creșterea concentrației gazelor cu efect de seră în atmosferă. Orașele sunt responsabile pentru aproximativ 75% din emisiile globale de CO₂, principalele surse fiind: Industria Transportul Clădirile rezidențiale și instituțiile publice 3.1. Vulnerabilitatea orașelor la schimbările climatice Creșterea temperaturii – fenomenul de „insulă de căldură urbană” amplifică temperaturile locale. Fenomene meteorologice extreme – creșterea intensității și frecvenței furtunilor, valurilor de căldură și inundațiilor. Schimbări în modelele precipitațiilor – risc crescut de secetă sau inundații. Poluarea aerului – condiții meteorologice ce favorizează stagnarea poluanților în atmosferă. 4. Orașele și reziliența climatică Orașele trebuie să adopte strategii pentru atenuarea schimbărilor climatice și adaptarea la efectele acestora. 4.1. Măsuri de atenuare (mitigation) Reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră Creșterea eficienței energetice în clădiri Promovarea energiei regenerabile Dezvoltarea sistemelor de transport ecologice 4.2. Măsuri de adaptare (adaptation) Dezvoltarea infrastructurii rezistente la schimbările climatice Creșterea suprafețelor verzi și utilizarea acoperișurilor verzi Îmbunătățirea sistemelor de drenaj pentru a preveni inundațiile Planificare urbană care să reducă efectul insulei de căldură 5. Microclimatul urban și insula de căldură Elemente de microclimatologie urbană 5.1. Factori care influențează microclimatul urban Densitatea urbană – zonele cu o dezvoltare compactă rețin mai multă căldură. Impermeabilizarea suprafețelor – utilizarea materialelor cu reflexie scăzută, precum asfaltul și betonul, crește temperatura. Deficitul de vegetație – lipsa spațiilor verzi duce la o scădere a umidității și a capacității de răcire naturală. Emisiile industriale și transportul – contribuie la poluarea aerului și la creșterea temperaturii locale. Factorii care influențează emisiile de CO₂ în orașe 1. Orașele – principalii generatori de emisii de CO₂ Aproximativ 75% din emisiile de CO₂ la nivel global provin din zonele urbane. Orașele sunt responsabile pentru o mare parte din poluare datorită activităților economice și infrastructurilor energetice. 2. Principalele surse de emisii în orașe Industria – activitățile manufacturiere și energetice produc mari cantități de gaze cu efect de seră. Transportul – autovehiculele personale și transportul public contribuie la emisiile de CO₂. Clădirile – consumul de energie pentru încălzire, răcire, iluminat și funcționarea echipamentelor electrice. 3. Relația dintre densitatea urbană și emisiile de CO₂ Studiul indică faptul că orașele cu densitate mare au un consum mai redus de combustibil per persoană. Orașe precum Tokyo, Singapore, Paris și Londra au emisii mai scăzute datorită infrastructurii de transport public bine dezvoltate și utilizării eficiente a spațiului urban. În schimb, orașele cu densitate redusă, precum Houston, Phoenix, Los Angeles, au un consum ridicat de combustibil per persoană, ceea ce duce la emisii mai mari de CO₂. Zone climatice locale Forma urbană – modificare schimburi de energie la nivelul suprafeței urbane ▪ Acoperirea suprafețelor urbane (procent vegetal) ▪ Materiale de construcție (beton / asfalt / sticlă) ▪ Geometria urbană (înălțime clădiri, lățime străzi). ▪ Funcțiuni urbane – emisii, deșeuri ▪ Transport ▪ Clădiri – instituții publice / rezidențial ▪ Industrie Eterogenitate țesut și funcțiuni urbane – zone climatice locale Zone Climatice Urbane (Urban Climate Zones - UCZ)  Orașele prezintă o mare diversitate în ceea ce privește structura lor spațială și compoziția terenului, influențând astfel climatul local. Zonele climatice urbane (UCZ) sunt clasificate în funcție de densitatea construcțiilor, prezența suprafețelor impermeabile și vegetației, precum și raportul dintre înălțimea clădirilor și distanța dintre ele. Această clasificare este esențială pentru studierea efectului insulelor de căldură urbane și a impactului urbanizării asupra climatului local. 1. Zone urbane intens dezvoltate 1.1. Zone cu clădiri înalte și apropiate (ex: centrele orașelor) Clădiri înalte, în general zgârie-nori. Aproape 100% teren impermeabil. Aspect ratio: >2 (raport mare între înălțimea clădirilor și spațiul dintre ele). Roughness class: 8 (rezistență mare la vânt). 1.2. Zone urbane dense cu clădiri de 2-5 etaje (ex: cartiere istorice) Clădiri apropiate din cărămidă sau piatră. Impermeabilizare peste 85%. Aspect ratio: 1.0 – 2.5. Roughness class: 7. 2. Zone urbane de densitate medie și scăzută 2.1. Zone urbane cu case alipite sau blocuri mici Spațiu intermediar între clădiri. Grad de impermeabilizare 70-85%. Aspect ratio: 0.5 – 1.5. Roughness class: 7. 2.2. Zone cu clădiri joase și parcări extinse (ex: mall-uri, depozite) Clădiri mari, joase, cu parcări extinse. Suprafețe impermeabile de 70-95%. Aspect ratio: 0.05 – 0.2 (spații largi între clădiri). Roughness class: 5. 3. Zone suburbane și rurale 3.1. Zone suburbane cu densitate scăzută Case de 1-2 etaje, cu grădini și vegetație. Grad de impermeabilizare 35-65%. Aspect ratio: 0.2 – 0.6, posibil peste 1 cu copaci. Roughness class: 6. 3.2. Zone mixte cu clădiri mari și spații verzi (ex: spitale, universități, aeroporturi) Clădiri izolate în peisaje deschise. Impermeabilizare sub 40%, depinde de numărul de copaci. Aspect ratio: 0.1 – 0.5. Roughness class: 5. 3.3. Zone semi-rurale cu locuințe dispersate Dezvoltare redusă, teren agricol sau păduri. Grad de impermeabilizare sub 10%. Aspect ratio: >0.05 (depinde de vegetație). Roughness class: 4. Efectele Urbanizării Asupra Temperaturii 1. Diferențele de Temperatură între Mediul Urban și Extrurban În orașe, temperatura medie anuală (tᵤ) este mai mare decât în mediul extrurban (tₑ), fenomen datorat densității ridicate a structurilor artificiale și a materialelor care absorb și rețin căldura mai mult timp. De asemenea, diferențele dintre temperaturile diurne și nocturne sunt mai mari în orașe decât în zonele rurale. Formula ecartului de temperatură: Urban: εᵤ = tᶻ - t⁰ₙ Extrurban: εₑ = t⁰ᶻ - t⁰ₙ Unde: o tᶻ = temperatura maximă diurnă, o t⁰ₙ = temperatura minimă nocturnă. 2. Cauzele Creșterii Temperaturii în Orașe Printre principalele cauze ale temperaturilor ridicate în mediul urban se numără: Densitatea energetică ridicată – Orașele acumulează și rețin mai multă căldură din cauza suprafețelor artificiale (beton, asfalt, sticlă). Inerția termică mai mare – Materialele de construcție (clădiri, drumuri) absorb căldura în timpul zilei și o eliberează lent pe timpul nopții. Activitățile umane – Industria, transportul și iluminatul artificial contribuie la generarea de căldură suplimentară. 3. Fenomene Specifice în Zonele Urbane 3.1. Efectul de Dom Termic Se manifestă printr-o creștere treptată a temperaturii odată cu apropierea de zonele urbane dense. Se produce o stratificare a temperaturii în funcție de altitudine, cu temperaturi mai ridicate la nivelul solului și mai scăzute la înălțime. Se formează o bulă de aer cald deasupra orașului, care poate influența circulația aerului și formarea precipitațiilor. Temperatura scade progresiv de la centru spre periferie: t¹ > t² > t³ > t⁴ 3.2. Insularizarea Termică Se referă la concentrarea căldurii în anumite puncte din oraș (ex: cartiere dense, zone cu suprafețe impermeabile mari). Temperaturile ridicate sunt accentuate de izoterme (linii care unesc punctele cu aceeași temperatură). Apar variații de temperatură între cartiere, în funcție de tipul de construcție și vegetație. Temperatura în zonele intens urbanizate: t¹ > t² > t³ > t⁴ 4. Consecințele Temperaturilor Ridicate în Orașe Creșterea consumului de energie – Necesitatea folosirii aerului condiționat în perioadele calde. Probleme de sănătate – Exacerbarea efectelor valurilor de căldură, afectând în special persoanele vulnerabile. Schimbări climatice locale – Modificarea tiparelor de vânt și precipitații din cauza efectului de dom termic. Disconfort termic – Reducerea calității vieții din cauza supraîncălzirii orașelor. 5. Soluții pentru Reducerea Efectului de Căldură Urbană Creșterea suprafețelor verzi (parcuri, acoperișuri verzi). Utilizarea materialelor reflectorizante pentru drumuri și clădiri. Planificarea urbană sustenabilă cu spații deschise și zone umbrite. Eficiența energetică a clădirilor pentru reducerea emisiilor de căldură. Insula de Căldură Urbană: Diferențele de Temperatură dintre Zonele Urbane și Rurale Insula de căldură urbană un fenomen în care temperaturile în zonele urbane sunt semnificativ mai mari decât în regiunile rurale din cauza activităților umane, a densității construcțiilor și a utilizării materialelor care absorb și rețin căldura (beton, asfalt). 2. Distribuția Temperaturii în Orașe și Împrejurimi Graficul ilustrează variațiile temperaturii aerului și ale suprafeței solului pe parcursul zilei și nopții în diferite tipuri de zone: Zone rurale: Temperaturile sunt mai scăzute atât ziua, cât și noaptea, datorită prezenței vegetației care reglează temperatura. Zone suburbane: Temperaturile cresc ușor în comparație cu mediul rural, din cauza infrastructurii și a activităților umane. Zone industriale și depozite: Temperaturile sunt mai ridicate datorită suprafețelor impermeabile care absorb mai multă căldură. Zone urbane rezidențiale: Temperaturile cresc semnificativ, mai ales în timpul nopții, din cauza acumulării căldurii în clădiri și drumuri. Centrul orașului: Prezintă cele mai ridicate temperaturi, efectul de insulă de căldură fiind cel mai puternic. Parcurile urbane: Prezintă temperaturi mai scăzute datorită vegetației care oferă umbră și contribuie la răcirea aerului. Suburbiile: Pe măsură ce ne îndepărtăm de oraș, temperaturile scad din nou, apropiindu-se de valorile din mediul rural. 3. Diferențele dintre Temperaturile Diurne și Nocturne Ziua: Temperaturile sunt mai ridicate în centrul orașului și în zonele industriale. Suprafața solului urban se încălzește mai rapid și reține mai multă căldură decât în zonele rurale sau împădurite. Noaptea: Diferențele de temperatură se accentuează. Zonele urbane rămân mai calde, deoarece clădirile și suprafețele impermeabile eliberează treptat căldura acumulată în timpul zilei. În contrast, zonele verzi și rurale se răcesc mai repede. 4. Cauzele Efectului de Insulă de Căldură Lipsa vegetației – Zonele urbane au mai puțină vegetație, ceea ce reduce capacitatea de răcire prin evapotranspirație. Suprafețele impermeabile – Materialele precum asfaltul și betonul absorb și rețin mai multă căldură. Activitățile umane – Transportul, iluminatul public și sistemele de climatizare contribuie la încălzirea suplimentară a aerului. Diminuarea circulației aerului – Clădirile înalte reduc circulația aerului, menținând căldura acumulată în oraș. 5. Impactul Asupra Mediului și Sănătății Creșterea consumului de energie – Se utilizează mai mult aer condiționat în orașe pentru răcire, crescând consumul de electricitate. Probleme de sănătate – Temperaturile ridicate contribuie la disconfort termic, stres termic și pot agrava problemele cardiovasculare și respiratorii. Schimbări climatice locale – Insulele de căldură pot modifica tiparele meteorologice locale, influențând umiditatea și precipitațiile. 6. Soluții pentru Reducerea Efectului de Insulă de Căldură Extinderea spațiilor verzi – Crearea de parcuri, grădini verticale și acoperișuri verzi pentru a reduce temperaturile. Utilizarea materialelor reflectorizante – Străzi și acoperișuri albe care reduc absorbția căldurii. Planificare urbană sustenabilă – Creșterea suprafețelor permeabile și promovarea infrastructurii verzi. Reducerea poluării – Transportul public eficient și utilizarea energiei regenerabile pot contribui la scăderea emisiilor de căldură. 5.2. Soluții pentru reducerea insulei de căldură Utilizarea materialelor cu albedo ridicat pentru pavarea străzilor și fațadele clădirilor. Plantarea arborilor și extinderea zonelor verzi. Crearea de „orașe albastre” prin integrarea corpurilor de apă în peisajul urban. Dezvoltarea infrastructurii sustenabile pentru reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră. Factori Climatici în Medii Urbane și Rurale: Albedo, Evapotranspirație și Umiditate Urbanizarea modifică semnificativ parametrii climatici locali, influențând factori precum albedo-ul, evapotranspirația și umiditatea aerului. Aceste schimbări au implicații directe asupra temperaturii, confortului termic și circulației aerului în orașe. 1. Albedo-ul în Mediul Urban și Extraurban Definiție: Albedo-ul reprezintă proporția de energie luminoasă incidentă care este reflectată de o suprafață. Urban (aᵤ > aₑ) În mediile urbane, albedo-ul este mai ridicat datorită prezenței suprafețelor reflectorizante precum clădirile, asfaltul și structurile carosabile. Aceste suprafețe reflectă mai multă lumină comparativ cu terenurile acoperite de vegetație, care absorb o parte din radiația solară. Extraurban (aₑ) În zonele rurale, albedo