Unidad 4 CIRCULACIÓN DE MATERiA Y ENERGÍA EN LA BIOSFERA

Presentación del tema: "Unidad 4 CIRCULACIÓN DE MATERiA Y ENERGÍA EN LA BIOSFERA"— Transcripción de la presentación:

1 Unidad 4 CIRCULACIÓN DE MATERiA Y ENERGÍA EN LA BIOSFERA

2 Niveles Tróficos: Productores, consumidores, descomponedores
1. INTRODUCCIÓN: biosfera, ecosistema, ecosfera y biomas 2. RELACIONES TRÓFICAS: Niveles Tróficos: Productores, consumidores, descomponedores 3. CICLO DE MATERIA Y ENERGÍA Reciclado de la materia Flujo de energía Parámetros tróficos: biomasa, producción, Productividad, tiempo de renovación 4. PROBLEMA AMBIENTAL DE LA BIOACUMULACIÓN 5. PIRÁMIDES ECOLÓGICAS Energía, Números y Biomasa 6. FACTORES LIMITANTES DE PRODUCTIVIDAD PRIMARIA Temperatura, humedad y falta de nutrientes 7. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Carbono, fósforo, azufre y nitrógeno

3 1. INTRODUCCIÓN Biosfera: conjunto formado por todos los seres vivos que habitan la Tierra. Ecosfera: es el conjunto formado por todos los ecosistemas de la tierra, o sea, es el gran ecosistema planetario.

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5 Ecosistema: Es un sistema natural integrado por componentes vivos y no vivos que interactúan entre sí. (Componentes bióticos + componentes abióticos) Biocenosis: Comunidad de los seres vivos (componentes bióticos) que componen un ecosistema. Biotopo: Es el ambiente físico y químico donde se desarrolla un ecosistema. (componentes abióticos) Bioma: Diferentes ecosistemas que hay en la Tierra.

6 2. Relaciones tróficas Mecanismo de transferencia energética de unos organismo a otros en forma de alimento. Productores: 1º nivel trófico. Autótrofos ( Fotosint. o Quimiosintéticos) FOTOSINTÉTICOS: Transforman la energía del sol mediante la fotosíntesis para producir materia.

7 Parte de la materia orgánica sintetizada, es consumida directamente en el proceso de la respiración celular. El resto se almacena en forma de tejidos y puede ser transferida a los siguientes niveles tróficos.

8 Consumidores Organismos heterótrofos que utilizan la materia orgánica ya formada. Herbívoros: consumidores primarios que se alimentan de los productores. Carnívoros: Se alimentan de los herbívoros. Carnívoros finales. Se alimentan de otros carnívoros

9 CADENAS TRÓFICAS

10 Redes tróficas Mejor así ya que las cadenas tróficas son ramificadas.
Otros: Omnívoros, necrófagos, saprofitos o detritívoros.

11 DESCOMPONEDORES Organismos detritívoros. Transforman la materia orgánica en sales minerales. Son: Microorganismos ( bacterias) Hongos

12 3. CICLO DE MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA
Principio de sostenibilidad natural: reciclar la materia y utilizar la luz solar

13 El ciclo de materia tiende a ser cerrado
RECICLADO DE MATERIA: La materia orgánica es biodegradable y se recicla por acción de los descomponedores en sales minerales que sirven de nutrientes para los productores. Así la materia se recicla y no se pierde El ciclo de materia tiende a ser cerrado

14 El flujo de energía es abierto
La energía solar entra mediante fotosíntesis en la cadena trófica y pasa de unos eslabones a otros mediante un flujo abierto y unidireccional. Además el flujo va disminuyendo al degradarse parte de la energía por la respiración y las pérdidas por calor. El flujo de energía es abierto

15 Parámetros tróficos Medidas utilizadas para evaluar la rentabilidad de cada nivel trófico y la del ecosistema completo. Son los siguientes: biomasa, producción, productividad, tiempo de renovación y eficiencia BIOMASA Cantidad en peso de materia orgánica (viva o muerta) de algún nivel trófico o ecosistema. Se expresa en unid. de peso o de energía y puede estar referida a unid. de superficie o volumen. Unidades: gC/cm2 , kgC/m2 , tmC/ha

16 Parámetros tróficos PRODUCCIÓN
Se refiere al incremento de biomasa. Es una medida del flujo de energía que recorre el ecosistema por unid. de superficie y por unid. de tiempo. Producción primaria: es la energía luminosa (fijada) transformada en materia orgánica mediante fotosíntesis. Producción secundaria: Se refiere al almacenamiento de energía en los heterótrofos.

17 Parámetros tróficos Pn = Pb - R Producción bruta:
Es el total de energía fijada por unidad de tiempo en un nivel trófico. Producción neta: Es la energía almacenada en un nivel trófico. Es el aumento de biomasa por unidad de tiempo. O sea la energía que queda después de descontar la respiración. Pn = Pb - R

18 Fotosíntesis y respiración
  La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su reacción global es:  6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa  C6H12O6 + 6 O2 Se sintetizan las distintas moléculas orgánicas, principalmente glucosa. Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas. La respiración se realiza en las mitocondrias con una reacción global:  C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + Energía La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH que la célula puede utilizar para cualquier proceso en el que necesite energía.

19 REGLA DEL 10% La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10% de la acumulada en él ej

20 Producción en la biosfera
Producción anual (entre neta y bruta) (gC/m2) Extensión (106 km2) Producción anual (106 ton C) Bosques 400 41 16 400 Cultivos 350 15   5 250 Estepas y pastos 200 30   6 000 Desiertos   50 40   2 000 Rocas, hielos, ciudades    0 22         0 Tierras 148 29 650 Océanos 100 361 36 100 Aguas continentales  1.9      190 Aguas   362.9 36 290 Total 65 940

21 Parámetros tróficos PRODUCTIVIDAD
Relación que existe entre producción neta y biomasa. En un índice de la velocidad de renovación del ecosistema o tasa de renovación p = Pn/B TIEMPO DE RENOVACIÓN Tiempo que tarda en renovarse un nivel o sistema. tr = B/Pn Se expresa en días, años

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23 Parámetros tróficos Eficiencia: cociente entre la energía fijada en un nivel trófico o ecosistema y la energía que llega a ese ecosistema o nivel, o lo que es lo mismo: cociente salidas/entradas. Eficiencia de la Producción 1ª bruta (Ea/Ei) % dedicado a Respiración (Pn/Pb) Comunidades de fitoplancton < 0,5% %  Plantas acuáticas enraizadas y algas de poca profundidad > 0,5% Bosques 2 - 3'5% % Praderas y comunidades herbáceas 1 - 2% % Cosechas < 1,5%

24 Parámetros tróficos

25 Observa el siguiente dibujo en el que se expresa el destino de la energía de los alimentos en kilocalorias en el caso de un hervíboro durante un día. Calcula la producción bruta, la producción neta, la eficiencia y la productividad, teniendo en cuenta que la vaquita pesa 500 kg.

26 Ejercicio 2: Modelos agrícolas de Japón (monocultivos mecanizados) y China (tradicional)

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28 Actividad 4: requerimientos calóricos

29 Actividad 3 pradera y bosque

30 D. EL PROBLEMA AMBIENTAL DE LA BIOACUMULACIÓN:
Los contaminantes procedentes del medio externo ingresan en las cadenas tróficas y se transfieren junto con la materia y energía de unos a otros niveles. Bioacumulación: proceso de acumulación de sustancias tóxicas . Metales pesados (Cd, Hg, Pb o Ar) o de compuestos orgánicos sintéticos, en organismos vivos, en concentraciones cada vez más mayores y superiores a las registradas en el medio ambiente. DDT (Dicloro Difenil Tricloroetano) es un compuesto organoclorado principal de los insecticidas

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33 PIRÁMIDES ECOLÓGICAS Pirámides de energía: Sigue la regla del 10%, la base representa la cantidad de energía en ese nivel. Pirámides de biomasa: Representa la biomasa acumulada en ese nivel. En sistemas acuáticos la base puede ser más pequeña que el siguiente escalón. Pirámides de números: Representa el nº de individuos en un nivel trófico

34 PIRÁMIDES ECOLÓGICAS Ejercicios 5 al 8

35 Actividad 7 pradera y bosque

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37 FACTORES QUE REGULAN LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
LEY DEL MÍNIMO: El crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante. Luz Nutrientes (nitrógeno y fósforo) Temperatura Agua Concentración de CO2 Para la producción primaria es necesario: Aporte de energías externas ( origen solar): vientos, corrientes marinas,.. También a las aportadas por seres humanos

38 Factores limitantes La temperatura:
Un aumento incrementa la producción, pero si aumenta en exceso decrece bruscamente. Concentración de CO2: Tipos de plantas : C3 (normales),p.ej. Trigo, patata, arroz. C4 (soportan bajos niveles CO2),p.ej. Maíz, caña de azúcar, sorgo, mijo. Factores limitantes i[CO2] h [CO2]

39 Luz: Una mayor cantidad de luz provoca un aumento de la productividad hasta cierto nivel El agua: Permite el crecimiento, al servir de vehículo a las sales minerales y sin ella los estomas se cierran e impiden el paso de CO2.

40 Nitrógeno y fósforo: Estos nutrientes son factores limitantes muy importantes. La riqueza y productividad de los ecosistemas dependen de los mecanismos de reciclado de los nutrientes. En ecosistemas marinos son mucho más condicionantes debido a la dificultad para el reciclado.

41 Actividad 9. Afloramiento Perú

42 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Son los caminos realizados por la materia, cuando escapan de la biosfera y pasan por la atmósfera, hidrosfera y litosfera. Tienden a ser cerrados. Tiempo de permanencia de los elementos en los distintos medios es variable. Almacén o reserva Las actividades humanas ocasionan la apertura y aceleración de los mismos. Lo que contraviene el principio de sostenibilidad de los ecosistemas: “Reciclar al máximo la materia para obtener nutrientes, que no se escapen y que no se produzcan desechos.”

43 Efecto de la deforestación sobre los ciclos de la materia

44 CICLO DEL CARBONO Ciclo biológico: Fotosíntesis que fija carbono y respiración que lo devuelve. Ciclo biogeoquímico: Atmósfera e hidrosfera intercambian CO2 por difusión. Paso del CO2 de la atmósfera a la litosfera: el CO2 se disuelve en agua que ataca rocas (carbonatadas y silicatadas) formando compuestos que irán al mar. Retorno del CO2 a la atmósfera mediante erupciones. Sumideros fósiles

45 1a. - Captación de CO2 para fotosíntesis
1a.- Captación de CO2 para fotosíntesis. Síntesis de materia orgánica (azúcares) 1b: Los consumidores toman la materia orgánica rica en carbono. 1c: Al morir las plantas y los animales, los descomponedores transforman MO en MI 2: El CO2 vuelve a la atmósfera por la respiración de vegetales y plantas. 3: Los restos de animales y plantas al morir se entierran y las bacterias los transforman en carbón y petróleo. 4: Se gasta el carbón y el petróleo en la combustión de máquinas, volviendo el CO2 a la atmósfera.

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47 Actividad 13. Ciclo del carbono

48 CICLO DEL FÓSFORO La reserva principal de fósforo ►fosfatos (litosfera -> lento retorno). Liberación muy lenta por ello es el principal factor limitante►Recurso no renovable

49 Los seres vivos toman el fósforo (P) en forma de fosfatos a partir de las rocas fosfatadas, que mediante meteorización se descomponen y liberan los fosfatos. Éstos pasan a los vegetales por el suelo y, seguidamente, pasan a los animales. Cuando éstos excretan, los descomponedores actúan volviendo a producir fosfatos. Una parte de estos fosfatos son arrastrados por las aguas al mar, en el cual lo toman las algas, peces y aves marinas, las cuales producen guano, el cual se usa como abono en la agricultura ya que libera grandes cantidades de fosfatos; los restos de los animales marinos dan lugar en el fondo del mar a rocas fosfatadas, que afloran por movimientos orogénicos.

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51 CICLO DEL FÓSFORO 1: El fósforo se encuentra en las rocas (fosfato tricálcico). Cuando se meteoriza la roca el fósforo pasa a ión fosfato. 2: En el SUELO, el fósforo es asimilado por las plantas (ácidos nucleicos) 3: Este es consumido por los animales. 4: Los restos, excrementos y descomposición de cadáveres hace que se creen depósitos de fósforo en el SUELO. 5: En ZONAS COSTERAS estos depósitos de fósforo en excrementos de aves, forman el "guano". 6: El fósforo del suelo es transportado por el agua hasta el mar. 7: En el MAR alimenta al fitoplancton. 8: Pasa a los peces. 9: Los organismos marinos, al morir, sedimentan fósforo 10: Cuando el depósito es en aguas poco profundas puede recuperarse el fósforo en el propio ecosistema marino. 11: La fosilización incorpora de nuevo fósforo al suelo.

52 Actividad 14.- Ciclo del Fósforo

53 CICLO DEL NITRÓGENO Reserva: atmósfera 78%
Después del P el principal condicionante de la producción de biomasa. Construcción de aminoácidos y ácidos nucleicos. Procesos de captación: -Fijación biológica (N2NOx): bacterias (Azetobacter, Rizobium), Hongos -Otros procesos de nitrificación ( bacterias nitrificantes) Amonificación (CON  NH3) descomposición seres vivos. Nitrificación (bacterias) NH3 → NO2 → NO3. Desnitrificación (bacterias anaeróbicas) NO3 → N2 ALTERACIONES HUMANAS: combustión a alta T : ↑ NO3 fijación industrial: ↑ NO3 abono excesivo: ↑ N2O → Efecto invernadero, perdida fertilidad y eutrofización

54 CICLO DEL NITRÓGENO

55 Vídeo 4º ESO proyecto biosfera

56 CICLO DEL NITRÓGENO 1a: Las bacterias fijan el nitrógeno atmosférico y lo transforma en nitratos. 1b: El nitrógeno atmosférico también es fijado por bacterias asociadas a raíces de leguminosas. 1c: También los rayos de las tormentas facilitan la reacción de las moléculas de nitrógeno atmosférico con el oxígeno del aire. 2: Los nitratos formados son absorbidos por los vegetales por las raíces y forman proteínas y ácidos nucleicos. 3: Las proteínas vegetales pasan a los consumidores. 4: Cuando los vegetales y los animales mueren, además de sus excreciones, son descompuestos por bacterias que lo transforman de nuevo en nitratos que de nuevo enriquecen el suelo. 5: Existe un paso de nitratos a nitrógeno atmosférico llevado a cabo por las bacterias desnitrificantes, en suelos encharcados o poco aireados.

57 CICLO DE AZUFRE El S se encuentra mayoritariamente en la hidrosfera.
Las plantas y microorganismos pueden incorporar directamente sulfato. El sulfuro de hidrogeno puede generar lluvias ácidas.

58 Actividad 15. Ciclo del N

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