LA BIOSFERA CIRCULACIN DE MATERIA Y ENERGA EN
LA BIOSFERA CIRCULACIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA EN LA BIOSFERA
Conceptos básicos Biosfera: conjunto formado por todos los seres vivos que habitan la Tierra. Desde el punto de vista termodinámico se puede considerar un sistema abierto, intercambia materia y energía con el entorno. Ecosfera: conjunto formado por todos los ecosistemas que constituyen la Tierra. Termodinámicamente es un sistema cerrado, con entradas y salidas de energía, pero no de materia, que se mantiene constante.
Conceptos básicos Ecosistema: conjunto de seres vivos que habitan en un medio (biocenosis), los factores físico-químicos de dicho medio (biotopo) y las interacciones que se establecen entre ellos. Bioma: conjunto de comunidades ecológicas características que se extienden por amplias zonas del planeta. Diferentes ecosistemas que hay en la Tierra.
Tipos de biomas Terrestres. Acuáticos: Dulceacuícolas. De interfase. Marinos.
Biomas terrestres
Biomas terrestres
Biomas terrestres
Organismos que viven en el agua Bentos: comunidad acuática formada por los animales y plantas que viven fijos sobre los fondos marinos o aguas continentales. Plancton: animales, vegetales o bacterias que viven en suspensión. Necton: seres vivos que nadan y se desplazan libremente. Neuston: microorganismos que viven en la interfase agua-aire, unos semisumergidos y otros sobre la superficie.
Biomas dulceacícolas
Distribución de las principales comunidades de un lago
Biomas de interfase
Biomas marinos
Biomas marinos
Zonación vertical y horizontal en el mar
Relaciones tróficas En un ecosistema podemos clasificar a los seres vivos según la forma de alimentarse que tienen. Según este criterio encontramos los siguientes NIVELES TRÓFICOS PRODUCTORES. Autótrofos. Fotosintéticos (dependientes de la luz). Quimiosintéticos (independientes de la luz). CONSUMIDORES. Heterótrofos. (herbívoros, carnívoros, parásitos). DESCOMPONEDORES (detritívoros, descomponedores). Se suelen representar mediante CADENAS TRÓFICAS
Niveles tróficos Productores (P) (Primarios). - Organismos como las plantas verdes (y bacterias autótrofas), que fotosintetizan, es decir, que son capaces de producir moléculas orgánicas a partir de materia inorgánica y de obtenergía química con la energía solar. Consumidores. - Son aquellos organismos que necesitan consumir a otros seres vivos para obtener la energía y la materia. Aquí se distinguen a su vez varios subniveles: consumidores primarios (devoradores de plantas = herbívoros), consumidores secundarios (devoradores de carne = carnívoros de primer orden), consumidores terciarios (carnívoros de segundo orden), etc. Descomponedores y detritívoros. - Obtienen su energía a partir de cadáveres, restos y excrementos, produciendo finalmente el reciclaje al mundo mineral de los elementos constitutivos de la materia orgánica. En los ecosistemas terrestres se trata principalmente de bacterias y hongos heterótrofos que participan en la degradación de la celulosa y la lignina procedente de los vegetales superiores.
Red trófica Normalmente, las distintas especies suelen utilizar a varias especies como alimento y éstas, a su vez, son devoradas por distintos depredadores. Por esta razón, si deseamos representar la estructura trófica del ecosistema, deberemos combinar las distintas cadenas alimentarias hasta formar una compleja representación, conocida como RED TRÓFICA.
Ciclo de materia y flujo de energía El ciclo de materia tiende a ser cerrado. El flujo de energía es abierto.
PRODUCCIÓN DE UN ECOSISTEMA Medida del flujo energético por unidad de área o de tiempo, es decir, la cantidad de energía captada y almacenada (fijada) en un determinado tiempo. Se mide por el aumento de biomasa en un periodo de tiempo: g/m 2·año, kcal/m 2·año, g de C/m 2 Producción =Aumento de Biomasa/Tiempo
Producción Primaria: la energía fijada por los productores. Producción Secundaria: la energía fijada por el resto de los niveles tróficos. Producción Bruta: la cantidad de energía fijada por los productores o asimilada por los consumidores. Producción Neta: la energía almacenada por unidad de tiempo. Pn=Pb-R
Regla del 10 % De la energía disponible en un determinado nivel trófico, sólo el 10 % es utilizada en la síntesis neta de nueva materia orgánica en el nivel siguiente, el resto se consume en respiración, reproducción y excreción. La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10% de la acumulada en él.
Tiempo de Renovación El tiempo que tarda la biomasa de un nivel trófico en renovarse: Tiempo de Renovación= Biomasa/Producción
PRODUCTIVIDAD Velocidad de renovación de la biomasa, es la inversa del tiempo de renovación. Productividad=Producción· 100%/biomasa (Si consideramos la biomasa de un ecosistema como el capital y la producción como los intereses, la relación entre ambas será la productividad).
EFICIENCIA Rendimiento de un nivel trófico o de un sistema, se calcula mediante el cociente salidas /entradas. En los productores sería la energía asimilada/energía incidente. (<2%). Si calculamos Pn/Pb estaremos constatando las pérdidas respiratorias. En el fitoplancton es entre el 10 y el 40%, rebasando el 50% en la vegetación terrestre. En los consumidores se suele calcular como la Pn/alimento total ingerido (engorde/alimento ingerido)
Eficicencia ecológica (Pn/Pn el nivel anterior)· 100 Desde el punto de vista de aprovechamiento energético, teniendo en cuenta la regla del 10%, es más eficiente una alimentación a partir del primer nivel, ya que se aprovecha más la energía y se podrá alimentar a mayor número de personas.
Pirámides ecológicas La cantidad de energía asimilada se representa en esquemas denominados pirámides ecológicas Pueden ser: De números. Pueden se invertidas De biomasa. Pueden ser invertidas De energía. Nunca son invertida. (cuando aparece una pirámide invertida es porque los productores crecen y se reproducen muy rápidamente)
Pirámides invertidas
MECANISMOS DE AUTORREGULACIÓN Los seres vivos están continuamente sometidos a una serie de factores ambientales: Abióticos: Temperatura Humedad Presión Salinidad Falta de nutrientes Luz Bióticos: Dependientes de la densidad de población. Dependientes de las relaciones con otras especies.
Factores limitantes Existen unos límites máximos y mínimos de los factores ambientales que toleran los organismos. Estos límites se denominan límites de tolerancia y el factor ambiental que sobrepasa la amplitud de estos límites se considera un factor limitante, pues impide el normal desarrollo del organismo. Atendiendo al margen de tolerancia de una especie respecto a los cambios de determinados factores abióticos podemos distinguir especies “esteno” y especies “euri”.
Especies esteno- y euri-
FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA Los principales factores limitantes de la producción primaria son la humedad, la temperatura, la falta de nutrientes y la falta de luz. La cantidad de luz solar utilizada para la fotosíntesis se denomina energía interna. Llamamos energías externas, de apoyo o auxiliares a aquellas de procedencia solar que son necesarias para la producción primaria (viento, agua, etc) y las aportadas por los seres humanos para incrementar la producción (energías fósiles, energía directa del hombre o del ganado, etc)
La temperatura Un exceso de calor o frío causa daños en las estructuras de los organismos: La resistencia al frío es más fácil si el organismo se deshidrata. Ej. : los protozoos. Las reacciones químicas del organismo se favorecen con el aumento de temperatura, pero si es excesiva se producen daños irreversibles, las proteínas se desnaturalizan a partir de 45ºC.
Mecanismos de autorregulación de la temperatura Animales homeotermos: aves y mamíferos. Regulan su temperatura. Plantas y animales poiquilotermos. Su temperatura depende de la del medio. Algunos la regulan parcialmente aumentando su exposición al sol, colocándose sobre las piedras, realizando ejercicio muscular intenso …
Humedad: Mecanismos adaptativos Plantas: Animales: Un buen desarrollo del Para incorporar agua sistema radicular. Incorporan agua a través de Capacidad de regular la comida. la apertura y el cierre Otros pueden beberla. de los estomas. A través de la superficie Existencia de pelos corporal. que disminuyen el A través de reacciones efecto evaporador del metabólicas del aire. organismos. Cubiertas Para evitar la pérdida: impermeables. Cutícula de quitina de los Tallos dilatados donde insectos, mucosidad en los acumulan reservas caracoles, pelos y plumas. Hojas transformadas Superficies respiratorias en espinas. húmedas. Fecundación interna. Enterrarse. Decremento del metabolismo
Fotosíntesis y fotorrespiración Las plantas C 3 (trigo, patata, cebada, soja, arroz, etc. ) cierran sus estomas en condiciones de sequía, lo que provoca un descenso de CO 2 y un aumento de O 2 en su interior al realizar la fotosíntesis. En dichas condiciones comienza el proceso de fotorrespiración, por lo que se reduce su eficiencia fotosintética. Las plantas C 4 (maíz, caña de azúcar, sorgo, etc. ) evitan el proceso de fotorrespiración gracias al bombeo de CO 2 desde la atmósfera, manteniendo su eficiencia fotosintética y por lo tanto su producción agraria. Las plantas C 4 que viven en los desiertos presentan el mecanismo CAM (Metabolismo Acido de las Crasuláceas), que consiste de abrir los estomas durante la noche y cerrarlos durante el día.
La salinidad Afecta a los organismos acuáticos, aunque también tiene una estrecha relación con la presión osmótica. El problema de la presión osmótica se resuelve: En las especies de agua dulce (hiperosmóticas), la piel es poco permeable al agua y se elimina gran cantidad de orina, muy diluida. En las especies marinas (Hipotónicas), incorporan gran cantidad de agua por vía digestiva y eliminan sal por los riñones o incluso por las branquias. Especies que beben agua del mar desarrollan las glándulas de las sal (gaviotas, iguanas)
La presión Los peces que viven a grandes profundidades carecen de vejiga natatoria, y cuando la poseen su gas está más comprimido. Otras adaptación es su mayor tamaño. A gran altitud, disminuye la presión parcial de oxígeno, para lo cual los organismos aumentan el número de glóbulos rojos y la hemoglobina.
Nutrientes El fósforo es el principal factor limitante de la producción primaria. El nitrógeno, es el segundo. Cuando falta, aparecen organismos fijadores de nitrógeno atmosférico. Necesidad de energías externas. La distancia entre productores y descomponedores puede hacer necesario la aportación de estas energías. Por ejemplo en los afloramientos (el viento), en las plataformas costera (el oleaje)
Movimiento de nutrientes
La luz La eficacia del proceso fotosintético varía en función de la longitud de onda de la luz recibida Los cambios de luz (fotoperiodicidad) son utilizados por los organismos para regular sus actividades (por ejemplo la flor de Pascua). La orientación de las hojas o la competencia por la luz en bosque frondoso. La reducción de la capa vegetal a la zona eufótica del medio acuático. La fotosíntesis. La visión. La capacidad de producir luz
Sombra entre fotosistemas
Saturación de la PP con la luz
Ciclos Biogeoquímicos Camino realizado por los distintos elementos que componen la materia orgánica. Tienden a ser cerrados. Sin embargo las actividades humanas ocasionan su apertura y aceleración.
Ciclo del carbono
Ciclo del nitrógeno
Ciclo del fósforo
Ciclo del azufre
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