Unidad 4: Circulación de materia y energía en la biosfera.

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1 Unidad 4: Circulación de materia y energía en la biosfera.

2 BIOSFERA. Conjunto de todos los seres vivos que habitan la Tierra. Área ocupada por materia viva. Es un sistema abierto: intercambia materia y energía con el entorno. Retiene la energía el mayor tiempo posible en sus estructuras, antes de que la energía se disipe en forma de calor. Los descomponedores reciclan la materia. En los ciclos biogeoquímicos, la materia que sale de la biosfera recorre otros sistemas terrestres (atmósfera, hidrosfera, geosfera).

3 ECOSISTEMA. Sistema natural formado por componentes vivos y no vivos que interactúan entre sí. ECOSISTEMA = COMUNIDAD O BIOCENOSIS + BIOTOPO (parte biótica) (parte abiótica) ECOSFERA: Conjunto de todos los ecosistemas de la Tierra. La biosfera sería su biocenosis. Es un sistema cerrado para la materia y abierto para la energía.

4 BIOMAS. Son los grandes ecosistemas de la Tierra.
Cada bioma tiene una flora característica y una fauna asociada a ella

5 BIOMAS. Tundra Taiga Bosque caducifolio
Vegetación mediterránea o esclerófila Estepas y praderas Sabana Selva tropical Desierto

6 Relaciones tróficas. Las relaciones tróficas representan el mecanismo de transferencia de Energía de unos organismos a otros en forma de alimento. Se representan mediante las cadenas tróficas, que unen mediante flechas los diferentes niveles tróficos. Hay 3 niveles tróficos: 1º: Productores. Autótrofos. 2º: Consumidores. Heterótrofos. 3º: Descomponedores. Detritívoros saprofitos.

7 Relaciones tróficas. Transferencia de energía.

8 Productores Son los organismos autótrofos, capaces de sintetizar materia orgánica a partir de inorgánica. Para ellos necesitan Energía del medio. Constituyen el primer nivel trófico. Incluye dos tipos de organismos: Fotosintéticos: la energía que necesitan es solar. Plantas y fitoplancton. Quimiosintéticos: la energía que necesitan viene de oxidar moléculas inorgánicas.

9 Productores Fotosíntesis: 6 CO2 + 6 H2O + E solar  6 O2 + C6H12O6
La materia orgánica que producen con la fotosíntesis: La degradan respirando: 6 O2 + C6H12O6  6 CO H2O + calor La almacenan en tejidos vegetales (que se comerán los consumidores).

10 Productores Los principales organismos fotosintéticos son las plantas superiores en los ecosistemas terrestres y el Fitoplancton en los ecosistemas marinos. Parte de la materia orgánica sintetizada es utilizada por los propios organismos fotosintéticos para el proceso de la respiración, lo que supone una degradación de la energía que se transforma en calor. El resto de la materia orgánica producida se almacena como tal, constituyendo los tejidos vegetales.

11 Consumidores Son los organismos heterótrofos, que utilizan la materia orgánica directamente de los autótrofos, para llevar a cabo sus funciones vitales. No son capaces de sintetizar ellos la materia orgánica a partir de materia inorgánica Hay diferentes tipos de consumidores: Herbívoros Carnívoros Carnívoros finales

12 Consumidores Tipos: Herbívoros o consumidores primarios: se alimentan de los productores. Constituyen el segundo nivel. Carnívoros o Consumidores secundarios: se alimentan de los herbívoros. Constituyen el tercer nivel. Carnívoros finales: que se alimentan de los carnívoros. Constituyen el cuarto nivel. Omnívoros, que se alimentan de más de un nivel trófico Carroñeros o necrófagos.

13 Consumidores Hemos hablado de cadenas tróficas pero debemos hablar de redes tróficas, ya que de algunos de los niveles surgen ramificaciones. Omnívoros, que se alimentan de más de un nivel trófico. Constituye un carácter adaptativo que garantiza su supervivencia. Como nosotros. Carroñeros o necrófagos, que se alientan de cadáveres. Como los buitres.

14 Consumidores Saprófitos o Detritívoros, que consumen todo tipo de detritos (restos orgánicos como ramas y hojas, restos de animales, etc). Como la lombriz de tierra o los cangrejos

15 Red Trófica

16 Descomponedores Constituyen un tipo especial de organismos detritívoros que se encargan de transformar la materia orgánica en sales minerales que la constituían, con lo que cierran el ciclo de la materia. Son bacterias y hongos del suelo y el agua. Reciclan la materia.

17 CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA
Los ecosistemas siguen unos principios de Sostenibilidad Natural. Estos principios son: 1. Reciclar al máximo la materia, y que no se produzcan deshechos 2. Utilizar la luz solar como fuente de energía

18 CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA
El ciclo de la materia tiende a ser cerrado (aunque pueden escapar nutrientes por gasificación o lixiviado, o enterrarse en condiciones anaerobias). La materia orgánica es biodegradable, ya que puede ser degradada y transformada en materia inorgánica por los descomponedores. Gracias a ellos, la materia que cae al suelo se descompone y puede ser utilizada por los productores en la fotosíntesis.

19 CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA
El flujo de la energía mueve el ciclo de la materia (son parecidos los recorridos de la energía y de un átomo de C). La energía solar que entra en la cadena trófica mediante la fotosíntesis es transformada en energía química contenida en la materia orgánica Es unidireccional. Va disminuyendo porque se degrada en la respiración y se desprende como calor (en el mantenimiento). Energía entrante = Energía almacenada + Energía saliente (solar o alimento) (mat.org.) (calor)

20 CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA
Esta disminución de la energía en las cadenas tróficas es lo que hace que como máximo suela haber 5 eslabones tróficos.

21 CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA
El ciclo de la materia tiende a ser cerrado. El flujo de energía es abierto.

22 Parámetros tróficos. Los parámetros tróficos son las medidas utilizadas para evaluar tanto la rentabilidad de cada nivel trófico como la del ecosistema completo. Estudiaremos 5 parámetros: Biomasa. Producción. Productividad. (Tasa de renovación). Tiempo de renovación. Eficiencia. (Salidas/Entradas).

23 1. Biomasa. Cantidad de peso de materia orgánica (viva o muerta) de un nivel trófico o ecosistema. La materia orgánica puede estar: Viva: fitomasa vegetal y zoomasa animal Muerta: necromasa

24 1. Biomasa. Constituye la manera que tiene la biosfera de almacenar la energía solar. La biomasa se mide en kilogramo, gramo o miligramo, aunque es frecuente expresarlo en unidades de energía Ejemplo: 1gramo de m equivale a 4/5 kcal. Al calcularla hacemos referencia a su cantidad por unidad de área o volumen. Se suele expresar de este modo: g C/cm2; kg C/m2; t C/ha; (1ha = 1 hm2). C representa a la materia orgánica.

25 2. Producción Representa la cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico. Unidades: g C/m2·día; Kcal/ha·año… Puede ser: Producción primaria  Energía fijada por autótrofos. Producción secundaria  resto de niveles tróficos.

26 2. Producción. Ambos tipos de producción, a su vez, pueden ser:
Producción bruta: cantidad de energía fijada por unidad de tiempo. Si nos referimos a los productores, este concepto representará el total fotosintetizado por día o año. Si nos referimos a los consumidores, este concepto representará la cantidad de alimento asimilado respecto al total ingerido.

27 2. Producción. Producción neta: cantidad de energía almacenada en cada nivel por cada unidad de tiempo. Es el aumento de biomasa (descontando la respiración), que queda disponible para el siguiente nivel trófico. Producción bruta = Producción neta + Respiración (mantenim.)

28 2. Producción. La regla del 10% dice que la energía que pasa de un eslabón a otro es el 10% de la energía acumulada en él. (No es constante el %, suele ir aumentando hacia los últimos eslabones). Por eso hay pocos eslabones.

29 Regla del 10%

30 Actividad: ¿Por qué los árboles crecen más rápido en los primeros años de vida? Porque cuanto mayor sea su cantidad de biomasa, deben dedicar más energía a su mantenimiento (y menos a producir nuevas estructuras). ¿Cuál de los dos tiene mayor producción neta, una planta de trigo o un árbol? El árbol tiene mayor producción neta total (es más grande).

31 Actividad: ¿Son comparables equitativamente las producciones netas de la planta y el árbol? No, pues sería como comparar el número total de parados en EEUU y en España. El dato que debemos comparar es la tasa de paro: Tasa de paro = nº parados/población. Para comparar las producciones las dividimos por su biomasa, con lo que obtenemos un nuevo parámetro, la productividad. Productividad = Producción neta/Biomasa El trigo tiene mayor productividad.

32 3. Productividad. (Tasa de renovación).
Es la relación entre la producción neta y la biomasa. PRODUCTIVIDAD = PRODUCCIÓN NETA/BIOMASA PN: cantidad de energía almacenada por unidad de tiempo BIOMASA: materia orgánica total Sirve para valorar la riqueza de un ecosistema o nivel trófico ya que representa la velocidad de renovación de la biomasa. Por esto también se llama Tasa de Renovación.

33 3. Productividad. (Tasa de renovación).
Es mayor cuanto más joven sea el organismo. Sus unidades son: tiempo-1 Pneta (g/m2·día) / Biomasa (g/m2) = días-1 La productividad es mayor en una pradera que en una selva.

34 4. Tiempo de renovación. Período que tarda en renovarse un nivel trófico o sistema. Es la inversa de la productividad. TIEMPO DE RENOVACIÓN = BIOMASA/PRODUCCIÓN NETA TIEMPO DE RENOVACIÓN = 1/PRODUCTIVIDAD Sus unidades son: tiempo (días, años…)

35 5. Eficiencia La eficiencia representa el Rendimiento de un nivel trófico o sistema. Se calcula mediante el cociente de salidas/entradas. Podemos valorarla desde distintos puntos de vista: En productores, puede calcularse de dos formas: Para la producción bruta: Eficiencia = E asimilada/E incidente Alcanza valores inferiores al 2% Para la producción neta, mide las pérdidas por respiración, y es mayor en los ecosistemas terrestres: Eficiencia = Pneta (E incorporada)/Pbruta (E total asimilada) Mide la cantidad de energía incorporada a cada nivel respecto al total asimilado.

36 5. Eficiencia. (Salidas/Entradas).
En consumidores se calcula: Eficiencia = Pneta /Alimento total ingerido. Sería equivalente al parámetro que se emplea en ganadería: engorde/alimento ingerido.

37 Eficiencia ecológica (%).
La Eficiencia ecológica es la fracción de la Pn de un determinado nivel trófico que se convierte en Pn del siguiente nivel. Eficiencia ecológica = (Pneta/Pneta (nivel anterior)) · 100 No se deben valorar sólo los resultados (ej. total cosecha), sino considerar todas las entradas de materia y energía (ej. abonos, energía para arar y cosechar…) es decir, los costes ocultos. Según el aprovechamiento energético y la regla del 10%, es más eficiente alimentarse de vegetales: se aprovecha más la energía y se puede alimentar a mayor número de individuos. (Aunque para una alimentación completa hacen falta 60 g proteínas/día, según la FAO).

38 Bioacumulación. Proceso de acumulación de sustancias tóxicas (metales pesados o compuestos orgánicos sintéticos) en organismos vivos en concentraciones cada vez mayores y superiores a las registradas en el medio ambiente. Las sustancias ingeridas no pueden ser descompuestas ni excretadas.

39 Actividad: Comparación entre una pradera y un bosque tropical.
Ecosistema Producción bruta gC/m2 Biomasa kgC/m2 Respiración (mantenim) gC/m2·día Producción neta (PB-R) gC/m2·día Productividad (PN/B) días -1 Pradera 4 2 4-2=2 2/2000=0,001 Bosque tropical 6,5 18 6 6,5-6=0,5 0,5/18000= 0, Es mucho mayor la producción neta de la pradera, porque tiene que mantener menor cantidad de biomasa. La pradera tiene mayor productividad (0,001 días-1), lo que indica que su tiempo de renovación es menor (1000 días) que en el bosque (36000 días). Por eso supone menor deterioro aprovecharla para la alimentación que el bosque, que tardaría mucho más tiempo en recuperarse.

40 Pirámides ecológicas. De un eslabón a otro solo se transfiere un 10% de Energía y esto se representa en las pirámides tróficas. Son barras horizontales de altura constante y longitud proporcional al parámetro medido (energía acumulada, biomasa, número de individuos…) Hay tres tipos: Pirámides de energía. Pirámides de biomasa. Pirámides de números.

41 1. Pirámides de energía. Representa el contenido de Energía de cada nivel. Tienen forma de pirámide: siguen la regla del 10%. Se expresan en Unidades: kJ/m2·año; Kcal/m2·año. La energía acumulada por los descomponedores no figura, pues es difícil de medir: no se ven, no se pueden contar y se reproducen rápido.

42 2. Pirámides de biomasa. Están elaboradas en función de la biomasa acumulada en cada nivel. Pueden ser: verdaderas pirámides pirámides invertidas: la biomasa de un nivel puede ser superior a la del nivel inferior. Esto ocurre en los ecosistemas acuáticos donde los productores (fitoplancton) tienen poca biomasa pero crecen y se reproducen a gran velocidad

43 3. Pirámides de números. Se realiza mediante el recuento del número total de individuos de cada nivel. Pueden ser engañosas pues a veces son invertidas (por ej. un vegetal con muchos pulgones en él).

44 Bioacumulación. ¿Por qué son los niveles tróficos superiores los más afectados por bioacumulación? Al vivir más tiempo, ingieren más cantidad. Al alimentarse de gran cantidad de individuos, ingieren todo el Hg que tenían todos esos individuos. El Hg no se puede excretar, se queda en los tejidos, y a partir de cierto nivel es tóxico.

45 Actividad: Comparación entre un cultivo, un bosque y el océano.
¿En qué eslabón se acumula mayor cantidad de biomasa? En los ecosistemas terrestres (cultivo y bosque) hay más biomasa en los productores y en el ecosistema marino (océano) hay más biomasa en los consumidores.

46 Factores limitantes de la producción primaria.
La producción primaria es la energía fijada por los organismos productores. Factor ecológico: es una magnitud ambiental que varía y afecta a los seres vivos (si es constante no es un factor ecológico, por ej. la gravedad). Ejemplos: temperatura, luz, pH, salinidad, humedad, nutrientes, espacio… Una de las mayores preocupaciones es como aumentar la cantidad de alimentos. Hay que mantener bajos los factores que limitan la producción.

47 Factores limitantes de la producción primaria.
Ley del mínimo (Liebig): el crecimiento de una especie vegetal está limitado por la ausencia del único elemento que está en cantidad inferior a la mínima necesaria. Se le llama factor limitante.

48 Factores limitantes de la producción primaria.
Los principales factores limitantes de la producción primaria son: Humedad Temperatura Falta de nutrientes Ausencia de luz La cantidad de luz solar utilizada para la fotosíntesis es muy pequeña (0.06/0.09% de la luz incidente) y se denomina energía interna. Para que la producción primaria sea posible se necesita un aporte de energías externas.

49 Factores limitantes de la producción primaria.
Se llaman energías externas, de apoyo o auxiliares, a aquellas energías de procedencia solar que son necesarias para la producción primaria: Mueven el ciclo del agua Originan los vientos y los desplazamientos de agua Condicionan las variaciones de Tª, lluvias… Mueven los nutrientes de unos sistemas a otros

50 Factores limitantes de la producción primaria.
También son energías de apoyo las que aportan los seres humanos para luchar contra los factores limitantes, como: Maquinaria para labrar la tierra Sistemas de riego contra la falta de humedad Uso de plaguicidas Instalación de invernaderos contra las bajas temperaturas Abonos químicos Semillas selecionadas

51 Factores limitantes de la producción primaria.
Vamos a ver los principales factores limitantes de la producción primaria y algunas energías externas necesarias para solventarlos: Humedad Temperatura Falta de nutrientes Ausencia de luz

52 1. Temperatura y humedad. Estos 2 factores limitan la producción primaria en áreas continentales. La actividad fotosintética aumenta al aumentar la temperatura y la humedad. Pero si la temperatura aumenta demasiado, la fotosíntesis decrece bruscamente, al desnaturalizarse los enzimas fotosintéticos. La enzima fotosintética más abundante es la Rubisco.

53 1. Temperatura y humedad. Durante la fotosíntesis, las reacciones pueden seguir 2 rutas metabólicas diferentes, según la doble actuación de la Rubisco. Rubisco (Ribulosa 1,5 bis P carboxilasa-oxidasa): tiene una doble actividad, ya que las reacciones pueden seguir 2 rutas metabólicas diferentes. Depende de la concentración en el medio de CO2 y O2

54 1. Temperatura y humedad. Fotosíntesis (carboxilación): se produce cuando la concentración de ambos gases es la normal en la atmósfera (21% de O2 y 0.003% de CO2) La enzima actúa facilitando la incorporación de CO2 con lo que se produce materia orgánica (glucosa) y se desprende Oxígeno. Fotorrespiración (oxidación): se produce cuando la concentración de O2 es superior y la concentración de CO2 es baja. La enzima actúa ralentizando la fotosíntesis porque se induce el proceso de la Fotorrespiración, que ocurre a la vez que la fotosíntesis. En este proceso no se produce glucosa, se consume O2 y se desprende CO2 La fotorrespiración resta eficiencia fotosintética (-30%-50%).

55 1. Temperatura y humedad. Según tenga lugar uno o ambos procesos, las plantas terrestres se subdividen en: Plantas C3: Trigo, patata, arroz, tomate Plantas C4: Maíz, caña de azúcar. Dependiendo del número de Carbonos que tiene el primer compuesto de la fotosíntesis. Todas las plantas son fijadoras de carbono, gracias a que poseen un ciclo fotosintético, siendo este el proceso mediante el cual, la energía luminosa se transforma en energía química. La ruta seguida por cada una supone una adaptación a las diversas condiciones de humedad y a la eficiencia en el uso del agua.

56 1. Temperatura y humedad. Temperaturas calientes: Pérdidas de agua:
Cuando se abren los estomas para que entre CO2 también puede salir agua. Durante el día (cuando la temperatura es más alta) se pierde agua al abrir los estomas para hacer la fotosíntesis. Esto ocurre en la mayoría de las plantas, las llamadas C3. Es un problema cuando el clima es caluroso y seco. Hay dos posibles soluciones: Plantas C4 y plantas CAM.

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58 PLANTAS C3 Las plantas C3 en su mayoría son arbóreas.
Se llaman así porque el dióxido de carbono primero, se incorpora en un compuesto de 3 átomos de carbono. Mantiene los estomas abiertos durante el día y los cierra por la noche. Tienen una marcada fotorrespiración (incorporación de O2 en presencia de luz solar) y pierden eficiencia en la fotosíntesis. Estas plantas son muy competitivas en climas templados y húmedos

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60 Ejemplos de plantas C3: Eucaliptus Pino Cebada Trigo Patata Tomate

61 PLANTAS C4 Son plantas en su mayoría tropicales.
Se les llama C4 porque el CO2 primero es incorporado a un compuesto de 4 átomos de carbono. Las plantas C4 tienen fotorrespiración (incorporación de O2 en presencia de luz solar) mínima y aprovechan la mayor parte del proceso fotosintético. Estas plantas son más competitivas en climas secos con largos periodos de aridez y con baja humedad relativa.

62 Ejemplos de plantas C4: Maíz Caña de azúcar Remolacha azucarera
Cereales (avena, centeno, etc.)

63 PLANTAS CAM A estas plantas se les conoce con el nombre de CAM, porque el CO2 es almacenado en forma de ácidos antes de ser usado en la fotosíntesis. Fijan el CO2 durante la noche y cierran los estomas por el día. Son las plantas adaptadas a condiciones de temperatura y sequedad extrema. El nombre viene de Metabolismo ácido de las crasuláceas.

64 Ejemplos de plantas CAM:
Aloe Vera Ananas comosus (piña tropical) Cactus.

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66 1. Temperatura y humedad. Temperaturas frías: estrategias
Predominio de herbáceas anuales (pasan el invierno como semillas). Desarrollo de estructuras subterráneas (bulbos, tubérculos…) Existencia de un fotoperíodo (época de máximo desarrollo de hojas y flores).

67 2. Falta de nutrientes. Nódulos de Rhizobium en raíces de leguminosas El CO2 no es un factor limitante, pues está en la atmósfera. El P es el principal factor limitante de la producción primaria. El N es el segundo factor en importancia. Cuando falta aparecen microorganismos fijadores del N2 atmosférico. La necesidad de energías externas. Los productores realizan la fotosíntesis y los descomponedores degradan la materia orgánica descomponiéndola en nutrientes utilizables de nuevo por los productores, cerrándose el ciclo de materia.

68 2. Falta de nutrientes. Para reciclar nutrientes el principal problema es la distancia entre los productores y los descomponedores, entre el lugar de producción de la materia orgánica y el lugar de su degradación. Se necesitan energías externas para conseguirlo. Se gasta energía externa en transportar los nutrientes de vuelta a las zonas de producción. Esta energía externa puede ser natural (vientos, ciclo del agua…) o artificial (fertilizantes).

69 2. Falta de nutrientes. En ecosistemas acuáticos esta distancia es mayor: la fotosíntesis ocurre en la superficie del agua (en los primeros 200 metros) y en el fondo tiene lugar la degradación de m.o. Los nutrientes: ascienden en zonas de afloramiento (corrientes verticales), llegan por aportes continentales (ríos), como las plataformas costeras, que son zonas de elevada productividad por el oleaje que agita los fondos y lo que llega de los ríos llegan por corrientes superficiales marinas.

70 2. Falta de nutrientes. En ecosistemas terrestres se requiere un menor gasto de energías externas para el reciclaje de nutrientes porque la distancia es pequeña: de la copa del árbol al suelo, como unos 20 metros, o de 0,1 a 0,5 metros en las herbáceas. Sólo puede llegar a ser más grande por lixiviado o por explotación humana.

71 Actividad: Zona de afloramiento en la costa de Perú.
Es una zona de afloramiento a consecuencia del vacío de agua que generan los alisios. Estos vientos también arrastran las nubes hacia el océano, por lo que la costa peruana es árida y seca. Nivel trófico de los seres vivos de la figura: Productores: fitoplancton. Consumidores primarios: zooplancton; secundarios: anchovetas; terciarios: atunes y aves marinas. Descomponedores: bacterias.

72 Actividad: Zona de afloramiento en la costa de Perú.
¿Por qué es alta la productividad en este lugar? Porque hay energía externa (el viento), que acerca los nutrientes desde el fondo marino hasta la zona iluminada, donde ocurre la fotosíntesis. Bucle de retroalimentación +. El bucle es positivo y la pesca no decae por el aporte extra de nutrientes por el afloramiento. Esto permite que se pueda seguir extrayendo energía del sistema, en forma de alimentos.

73 Actividad: Zona de afloramiento en la costa de Perú.
¿Por qué la costa es árida? Los vientos alisios, además de generar la corriente marina superficial que provoca el afloramiento, también se llevan las nubes hacia el oeste del Pacífico, dejando una zona sin humedad. ¿Qué otras zonas de la Biosfera (en todo el planeta) son también de afloramiento? Son zonas situadas al lado de grandes desiertos: California, Atacama, Sahara, Namibia.

74 Actividad: Zona de afloramiento en la costa de Perú.
¿Qué ocurriría si amainasen los alisios? ¿Qué pasaría con la pesca? Si no hay alisios, las nubes se quedan ahí y lloverá en las costas de Perú. Es el fenómeno de El Niño (u Oscilación Meridional), en el que se caldea el agua superficial y se forma una borrasca. Ocurre cada 3-5 años y dura 18 meses, teniendo su máximo en Navidad, de donde le viene el nombre. Por otra parte, se acabaría el afloramiento, lo que reduciría la cantidad de fitoplancton y de peces.

75 3. Luz (disposición de las unidades fotosintéticas).
Salvo en las profundidades marinas, en los continentes la luz no limita la producción primaria. El factor limitante en los continentes es la estructura y el aparato fotosintético de la planta La luz llega a los fotosistemas o sistemas de captación (en los cloroplastos), que tienen: Muchas moléculas captadoras (clorofilas, carotenos), que actúan de antena. Un solo centro de reacción (molécula de clorofila especial).

76 3. Luz (disposición de las unidades fotosintéticas).
Al aumentar la intensidad de la luz, aumenta la fotosíntesis, hasta que se satura. En este momento están ocupados todos los centros de reacción. Además, los sistemas de captación se hacen sombra unos a otros.

77 Actividad: Bancos pesqueros de Terranova, Canadá.
Plataforma costera de poca profundidad donde chocan las corrientes fría del Labrador con la cálida del Golfo. Allí se concentran grandes cantidades de capellinos (~sardinas). ¿Hay factores limitantes de la producción primaria? No hay factores limitantes, pues hay energías externas: Oleaje que agita los fondos (por tener poca profundidad). Choque de corrientes de distinta temperatura. La escasa profundidad hace que haya luz suficiente para la fotosíntesis.

78 Actividad: Bancos pesqueros de Terranova, Canadá.
Cadena o red trófica, con las relaciones causales. Aves (Gaviotas, alcatraces) Fitoplancton  Zooplancton  Capellinos  Peces (Bacalao) Mamíferos (Focas, ballenas) ¿Qué problemas supone la pesca excesiva? La sobrepesca lleva a la esquilmación de la fauna marina; por lo que es insostenible. ¿Qué medidas se deben tomar para paliar la situación de sobrepesca? No pescar a un ritmo mayor que el tiempo de regeneración (Reglas de Herman Daly o Principios del Desarrollo Sostenible).

79 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS.
Es el recorrido que hace la materia desde que sale de la biosfera (hacia la atmósfera, hidrosfera, litosfera…) hasta que vuelve de nuevo a la biosfera. A los lugares en los que permanece mucho tiempo se les llama sumideros, almacenes o reservas. Estos ciclos tienden a ser cerrados, pero las actividades humanas los aceleran, y pueden desestabilizar sus bucles de regulación.

80 Ciclo del C. El ciclo del carbono se encuentra dividido en 2 fases:
Ciclo biológico: la propia biosfera controla los intercambios del C con la atmósfera. Mediante la fotosíntesis el C es retenido y mediante la respiración es devuelto. La fotosíntesis moviliza cada año el 5% del CO2 atmosférico (en 20 años lo renueva) Ciclo biogeoquímico: controla las transferencias de CO2 entre la biosfera y los demás subsistemas. El C se encuentra en la atmósfera formando 3 tipos de compuestos: CO2, CO y CH4. (367, 0,1 y 1,6 ppm)

81 Ciclo del C. La atmósfera y la hidrosfera intercambian CO2 por difusión directa. En la litosfera lo podemos encontrar: Formando rocas carbonatadas Silicatos cálcicos En forma de combustibles fósiles

82 Ciclo del C.

83 Ciclo del C. Paso del CO2 de la atmósfera a la litosfera
Controla la transferencia del CO2 entre la atmósfera, lo océanos y la tierra. Al ocurrir paralelamente al ciclo geológico, será de una gran duración. El CO2 se disuelve en agua para formar ácido carbónico (H2CO3) que ataca a los carbonatos y silicatos con la producción de iones y sílice disuelta según las reacciones 1 y 2. Al llegar al mar, los animales transforman el bicarbonato (HCO3-) y los iones de Calcio en carbonato (CO32-) para incorporarlo a sus tejidos endurecidos, como la reacción 3. En las rocas carbonatadas 1 y 3, uno de los bicarbonatos formará parte del esqueleto cálcico de los organismos marinos y el otro se transformará en CO2, que escapará hacia su lugar de procedencia, la atmósfera. No presenta pérdida neta de CO2 atmosférico. Las rocas silicatadas 2 y 3, que han requerido 2 moléculas de CO2, sólo pueden devolver a la atmósfera la mitad, lo que supone una pérdida neta. Actúan como sumidero de CO2.

84 Ciclo del C.

85 Ciclo del C. Retorno del CO2 a la atmósfera
El enterramiento de algunas rocas carbonatadas acaba produciendo una fusión parcial de dichas rocas. La conclusión final es la liberación del CO2 que escapa hacia la atmósfera durante las erupciones volcánicas. CaCO3 + SiO CaSiO3 + CO2 Sumideros fósiles A veces la materia orgánica de la biosfera puede quedar sepultada fuera de contacto con el O2 por lo que sufre un proceso de fermentación que la transformará en carbón y petróleo que se acumulan en la geosfera.

86 Actividad: ¿En qué forma está el C en cada uno de los subsistemas terrestres y cómo llegó a cada uno de ellos? Biosfera: Biomasa  llega por fotosíntesis. Geosfera: Rocas silicatadas y carbonatadas  llega gracias a la precipitación de restos de seres vivos en el fondo marino. Combustibles fósiles  llega por transformaciones anaerobias de la biomasa. Hidrosfera: Disuelto (como carbonatos y silicatos)  entra por difusión directa y se transforma en H2CO3. Atmósfera: CO2  por erupciones volcánicas, combustión (combustibles fósiles), descomposición aeróbica, respiración, incendios forestales. CO  por combustión incompleta (falta de O2 suficiente al quemarse). CH4  por quema de bosques, suelos inundados, ganadería intensiva, escapes de pozos petrolíferos, vertederos de basura.

87 Ciclo del C. ¿Cómo afecta la cantidad de CO2 atmosférico a la temperatura terrestre? Cuánto más CO2 esté en otros lugares y menos en la atmósfera, menor será el efecto invernadero. (se reducirá la temperatura). Señala todas las intervenciones humanas sobre el ciclo del C y sus consecuencias. Quema de biomasa, incendios. Deforestación, que reduce la fotosíntesis. Quema de combustibles fósiles. La principal consecuencia es que aumenta el efecto invernadero y con ello aumenta la temperatura media terrestre. El CO2 se disuelve mejor en el agua fría, ¿qué efecto tendrá un calentamiento del agua? Dejaría de admitir más CO2 el océano, y liberaría parte de que tiene ahora disuelto. Sería una realimentación positiva del efecto invernadero.

88 Ciclo del P.

89 Ciclo del P.

90 Ciclo del P. El P es el principal factor limitante de la fotosíntesis. Las principales causas de la escasez del P son: No tiene fase gaseosa (no se puede tomar libremente de la atmósfera). Muchos fosfatos son poco solubles, por lo que no están disponibles para las plantas. Se libera muy lentamente de las rocas por meteorización (la mayoría está en sedimentos oceánicos y rocas sedimentarias). Es necesario para los seres vivos. Se encuentra: Como fosfatos: en el esqueleto de vertebrados y disuelto en el líquido intra- y extracelular (regulando el pH). Forma parte de moléculas orgánicas esenciales: ATP, ADN, ARN.

91 Actividad Los procesos naturales que retardan su precipitación son:
Afloramiento desde las aguas profundas. Oleaje de fondos costeros. Aves marinas (llevan P del mar al continente). Efecto de algunas actividades humanas sobre el ciclo del P: Pesca: (es parecido al efecto de las aves marinas) Traslada P al continente desde el mar, con lo que retrasa su precipitación a los fondos marinos. Abuso de fertilizantes químicos y uso de detergentes con fosfatos: aceleran el ciclo, pues el arrastre por lavado y su transporte por las alcantarillas favorecen su llegada al mar y su precipitación en el fondo marino.

92 Ciclo del N. El Nitrógeno es necesario para los seres vivos, ya que constituye los aminoácidos que formarán las proteínas. En la atmósfera hay un 78% pero la mayoría se encuentra en forma inerte N2 por lo que resulta casi inaccesible para la mayoría de los seres vivos. Existen otros componentes atmosféricos nitrogenados: NH3 que procede de las emanaciones volcánicas o de la putrefacción de los organismos vivos NO, N2O y NO2 (se denominan óxidos de nitrógeno NOx)que se forman espontáneamente a partir del N2 durante las tormentas eléctricas (fijación atmosférica) o que son enviados hacia la atmósfera en las erupciones volcánicas. Los NOx reaccionan con el agua formando ácido nítrico (HNO3) que cae con la lluvia. Al llegar al suelo reaccionan con sus componentes formando los nitratos NO3- que las plantas asimilan.

93 Ciclo del N. El Nitrógeno es un elemento limitante de la producción primaria, después del Fósforo. Existen microorganismos capaces de captar el nitrógeno directamente de la atmósfera. Es la fijación biológica. Es muy importante ya que estos organismos (bacterias y hongos) transforman la forma inerte en otra aprovechable por las plantas. Estas bacterias pueden ser: Libres, como el género Azotobacter, que viven en el suelo y las del género Cianobacterias, que forman parte del fitoplancton. Viven en simbiosis, como el genero Rizobium, con las raices de leguminosas. Dentro de los hongos tenemos el género Frankia, que forma nódulos radiculares en algunos árboles, como el aliso.

94 Ciclo del N.

95 Ciclo del N. Además de la fijación biológica, hay otros procesos naturales de nitrificación del suelo, como las bacterias nitrificantes. Son descomponedores capaces de transformar el amoniaco en nitratos asimilables por las plantas. La mayor parte del nitrógeno disponible para los seres vivos (93%) procede de la actividad de los descomponedores. La reacción de nitrificación consiste en una serie de oxidaciones llevadas a cabo en 2 pasos, por 2 tipos de bacterias: También existen bacterias desnitrificantes, que empobrecen el suelo. Estas bacterias actúan cuando el suelo se encuentra en condiciones anaerobias (encharcamiento o pisoteo excesivo)

96 Ciclo del N. Algunas intervenciones humanas en el ciclo del nitrógeno
Los procesos de combustión a altas temperaturas: el oxígeno y el nitrógeno reaccionan formando NO2 que liberan a la atmósfera. Con el vapor de agua se forma ácido nítrico que cae con la lluvia dando lugar a la lluvia ácida, que al caer al suelo eleva los nitratos. La fijación industrial, como el método Haber-Bosch, que pasa del N2 a formas activas de forma parecida a la fijación atmosférica y a la combustión de altas temperaturas. Es la reacción de nitrógeno e hidrógeno gaseosos para producir amoniaco (NH3). N2 + 3H NH3 Este proceso fue desarrollado para obtener amoníaco, que al oxidarse forma nitritos (NO2-) y nitratos (NO3-). Éstos son esenciales en los fertilizantes.

97 Ciclo del N. 3. El abonado excesivo de los cultivos que provoca una liberación de N2O hacia la atmósfera. Este gas influye en el incremento del efecto invernadero. Además provoca una excesiva fertilización del suelo, que hace disminuir su fertilidad porque crecen mucho las plantas y comienzan a escasear otros nutrientes como Calcio o Magnesio. Las aguas arrastran gran cantidad de nitratos sobrantes, con lo que se eutrofizan (enriquecimiento de nutrientes) y disminuye su calidad (crecen demasiadas algas en el agua)

98 Ciclo del N.

99 Ciclo del N. Actividad: ¿Cómo afectan al ciclo del N las siguientes actividades? El exceso de riego. Fomenta las condiciones anaerobias, que favorecen la acción de las bacterias desnitrificantes (que empobrecen el suelo). El abuso de transporte privado. Aumentan las emisiones de óxidos de nitrógeno (que provocan la lluvia ácida). Actividad: Indica todos los tipos de fijación del nitrógeno atmosférico. La fijación del nitrógeno atmosférico consiste en pasar el N2 a una forma utilizable por las plantas. Natural: fijación atmosférica (en tormentas) y fijación biológica (por Rhizobium, cianobacterias…) Artificial: fijación industrial (método de Haber-Bosch) y combustión a altas temperaturas en el interior de los motores N2 + O2  NO2.

100 Ciclo del S. Este elemento se encuentra mayoritariamente almacenado en la hidrosfera, en forma de Sulfato (SO42-) El ciclo de transferencia tierra-océano es muy lento. Durante la evaporación de lagos y mares poco profundos, el Azufre se deposita formando los yesos. Los sulfatos son abundantes en los suelos, ya que aunque se pierdan por el lixiviado de las tierras, son repuestos por las lluvias. En la biosfera resultan imprescindibles para la síntesis de algunas moléculas orgánicas, como las proteínas. Sólo las plantas, bacterias y hongos son capaces de incorporarlos en forma de SO42- para reducirlos a SO3 y luego a H2S que se utilizará para la biosíntesis vegetal.de esta manera pueden ser transferidos a los demás niveles tróficos. Cuando los organismos mueren, liberan H2S a la atmósfera y otros sistemas terrestres.

101 Ciclo del S. En los océanos profundos y lugares pantanosos, en ausencia de O2, el sulfato es reducido a H2S mediante bacterias sulfatorreductoras. Durante el proceso se libera O2, que es aprovechado por otros microorganismos. El H2S puede seguir 2 caminos: Descendente: combinándose con Hierro y precipitando en forma de piritas. Los sulfuros atrapados entre los sedimentos arcillosos son liberados hacia la atmósfera por los volcanes o por la quema de combustibles fósiles. Ascendente: hasta alcanzar lugares oxigenados, donde se oxida a SO42- mediante un proceso foto o quimiosintético. (dependiendo de la presencia o ausencia de luz) El paso de H2S del océano a la atmósfera, que sirve para compensar las pérdidas de sulfato hacia el mar, se realiza por las algas DMS. Cuando estas algas mueren, el sulfuro sale hacia la atmósfera. Cuando llueve, se devuelve el azufre al mar o al continente, con lo que el ciclo se cierra.

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103 Ciclo del S SUELO: Llegan al suelo con la lluvia ácida o como yesos (las rocas evaporitas que se forman en mares poco profundos). Se pierden por lixiviado. BIOSFERA: Las plantas, bacterias y hongos los incorporan como sulfatos y los reducen a SO3 y H2S. Al morir los seres vivos, en su descomposición se libera ácido sulfhídrico (H2S) a la atmósfera o al suelo.

104 Ciclo del S. OCÉANOS PROFUNDOS Y LUGARES ANAEROBIOS:
La principal reserva de S son los océanos (donde está como sulfato). Llega por lixiviado y por lluvia ácida. Además, las bacterias sulforreductoras transforman el sulfato en ácido sulfhídrico, y liberan oxígeno. Este sulfhídrico puede: precipitar como pirita (desde donde saldrá por volcanes o al quemar combustibles fósiles) llegar a zonas aerobias y volver a oxidarse a sulfatos. Desde los océanos se pierde como sulfatos (sal marina arrancada por el viento) y como ácido sulfhídrico transformado por las algas DMS, que hacen que pase a la atmósfera. ATMÓSFERA: Recibe el S de diversas formas: por volcanes (H2S, SO2, SO4-2); por la industria (SO2); como sulfatos marinos levantados por el viento; desprendido en las putrefacciones (H2S); por las algas DMS (SO4-2  H2S). Se pierden los sulfatos con la lluvia (ácida).