Circulación de materia y energía en la Biosfera Bloque II

Índice Introducción Relaciones tróficas El reciclado de la materia Definiciones básicas Relaciones tróficas El reciclado de la materia El flujo de energía Parámetros tróficos Bioacumulación Las pirámides ecológicas Factores limitantes de la productividad primaria Los ciclos biogeoquímicos

Introducción Los seres vivos configuran la biosfera Ecosistema: sistema natural formado por componentes vivos y no vivos que interactúan entre sí. Ecosfera: es el sistema planetario. Incluye todos los ecosistemas. Biomas: son los diferentes ecosistemas terrestres Ecosistema Biotopo Biocenosis

Relaciones tróficas Representan los intercambios de energía entre organismos Se representan mediante cadenas y redes tróficas que unen niveles tróficos Los niveles tróficos son Productores: organismos autótrofos: fotosintéticos y quimiosintéticos Consumidores: organismos heterótrofos Consumidores primarios: herbívoros Consumidores secundarios: carnívoros Carnívoros finales Descomponedores: son detritívoros que cierran el ciclo de la materia Algunos organismos pertenecen a más de un nivel trófico: omnívoros. Otros son necrófagos y otros saprofitos o detritívoros

El reciclado de la materia Los ecosistemas siguen principios de sostenibilidad: Reciclado de materia: Es cerrado La materia orgánica es biodegradable: descomponedores Materia orgánica Materia inorgánica Descomponedores

Flujo de energía Es un sistema abierto unidireccional La energía proviene del Sol Disminuye al pasar de un nivel al siguiente en un 10% por calor Energía luminosa Fotosíntesis Energía química Calor

Parámetros tróficos Son las medidas de evaluación de la rentabilidad de cada nivel trófico y del ecosistema completo. Son: Biomasa Producción Productividad Tiempo de renovación Eficiencia

Biomasa (B) Es el peso de materia orgánica viva o muerta de cualquier nivel trófico o ecosistema Se mide en kg, gr, … o unidades de energía: kcal Se calcula por unidad de volumen o área midiendo el C gC/cm2 ; kg C/ m2 … Es la forma de almacenar energía química de alta calidad Por medio de la biomasa se transfiere la energía entre los diferentes niveles.

Producción (P) Es la cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico. Se suele expresar en g C/m2 . día; kg C/ ha . Año, julios, vatios… Se diferencia en primaria (autótrofos) y secundaria (resto) Estas producciones pueden ser pb (bruta) y pn (neta): Pn=Pb-R

Productividad y Tiempo de renovación Productividad: es la relación entre la producción neta y la biomasa. Pn/B Mide la riqueza de un ecosistema o nivel trófico Representa la velocidad de renovación de la biomasa y se llama tasa de renovación Tiempo de renovación: periodo que tarda en renovarse un ecosistema o nivel trófico. Es inversa a la productividad. B/Pn. Se puede medir en días, meses, años…

Eficiencia Representa el rendimiento de un ecosistema o nivel trófico. Se calcula: salidas/entradas. La eficiencia de los productores se calcula: Ea/Ei. Corresponde a la Pb La cantidad de energía incorporada a cada nivel respecto al total asimilado: Pn/Pb (se cuenta la respiración) La rentabilidad de los consumidores: Pn/ alimento ingerido La eficiencia ecológica: (Pn/Pn del nivel anterior)∙100 Desde el punto de vista del aprovechamiento energético la alimentación más eficiente es la del primer nivel

Bioacumulación Es el proceso de acumulación de sustancias tóxicas en organismos vivos. Se mide mediante el factor de bioacumulación: concentraciones en el organismo con respecto al agua o aire circundante.

Pirámides ecológicas Son formas de representación de parámetros tróficos Hay tres tipos: Pirámides de energía: representan el contenido energético de cada nivel. Se representan en kj/m2∙año o kcal/m2∙año Pirámides de biomasa: representan la biomasa acumulada en cada nivel. En algunos casos pueden ser invertidas. Pirámides numéricas: representan el número total de individuos de cada nivel.

Factores limitantes de la producción primaria Un factor limitante es aquél que es escaso. Estos factores pueden ser: La humedad La temperatura Los nutrientes La luz: la energía requerida por la fotosíntesis se denomina interna. Es necesario un aporte de energía externo para: el ciclo del agua, vientos, regulación de temperatura, maquinaria agrícola, sistemas de riego…

Rutas metabólicas durante la fotosíntesis Actúa la enzima RuBisCo. Depende de la [CO2] y de [O2]. Si la [CO2] y de [O2] es la normal (21% y 0,003%) se produce la fotosíntesis. Si la [O2] es mayor y la [CO2] menor, se ralentiza la fotosíntesis y se produce la Fotorrespiración. Las plantas, dependiendo del primer producto fotosintético se subdividen en tipo C3 y C4. En el caso de las crasuláceas (C4) se llaman CAM (metabolismo ácido de las crasuláceas) O2 CO2 Fotorrespiración Rubisco Fotosíntesis HO2

Temperatura y humedad Ambas limitan la producción primaria en las zonas continentales. Si la temperatura aumenta mucho: decrece por desnaturalización enzimática. Si la temperatura es muy baja se produce, durante el periodo frío, las adaptaciones de dormición. Está ligado al fotoperiodo. La humedad es limitante de diferente manera según la planta: C3: pierden gran cantidad de agua por los estomas. En ambientes secos cierran los estomas con lo que la [CO2] baja y sube la de [O2].Se produce la fotorrespiración y baja la eficiencia fotosintética C4:poseen un sistema de bombeo de CO2 que les favorece en climas secos. Las crasuláceas lo almacenan por la noche.

Falta de nutrientes El incremento de CO2 no es un factor limitante, pero sí lo son: P: es un recurso no renovable. Depende del ciclo geológico N: es el segundo en importancia. Lo fijan algunos hongos y bacterias Para que actúen los microorganismos fijadores de N, son necesarias energías externas. Cuanta mayor distancia entre productores y descomponedores exista, mayor necesidad de E externas. En el mar el viento ayuda al afloramiento de nutrientes En tierra es necesaria menor E por estar más cerca ambos niveles.

La luz Al aumentar la intensidad lumínica aumenta la producción hasta que se produce la saturación

Los ciclos biogeoquímicos Son los caminos que sigue la materia por los otros sistemas antes de retornar a la biosfera. El lugar donde la permanencia de la materia es máxima se llama almacén o reserva. Están implicados, además de los procesos vitales, procesos geológicos, atmosféricos y ciclo del agua. Tienden a ser cerrados El ser humano interfiere haciéndolos “abiertos”

2CO2+ H2O + CaSiO3 Ca2++ + 2HCO3- SiO2 El ciclo del carbono Se divide en dos fases: Ciclo biológico: la fotosíntesis lo capta y se retiene. La respiración lo libera. Se moviliza el 5% del total /año Ciclo biogeoquímico: la atmósfera e hidrosfera lo intercambian por difusión directa. ( Mayor disolución en agua fría)En la geosfera se encuentra como carbonatos, silicatos cálcicos y combustibles fósiles. Paso del CO2 de la atmósfera a la litosfera En el mar los organismos lo transforman en carbonato cálcico. Al morir todo vuelve a la atmósfera. También lo devuelven las erupciones volcánicas. Las rocas silicatadas solo devuelven la mitad. Actúan como sumideros, al igual que la formación de combustibles fósiles. CO2+ H2O + CaCO3 Ca2++ + 2HCO3- 2CO2+ H2O + CaSiO3 Ca2++ + 2HCO3- SiO2

Ciclo del carbono Respiración Fotosíntesis Alimentación Combustión Atmósfera Respiración Luz y CO2 Fotosíntesis Animales Alimentación Combustión Carroñeros Plantas Descomposición Alimentación Restos orgánicos Acumulación y sedimentación Combustibles fósiles y rocas calizas

El ciclo del fósforo Es el principal factor limitante de la producción. Se acumula en los fondos oceánicos. Su liberación es muy lenta por lo que se considera no renovable. Constituye el 0,2% en vegetales y el 15%en animales. El ión fosfato pasa de rocas fosfatadas y cenizas volcánicas hasta lagos y fondos oceánicos. Permanecen en estos fondos entre 100 y 10.000 años

Ciclo del fósforo Erosión y transporte Erosión Sedimentación Aguas continentales Erosión y transporte Erosión Animales Sedimentos continentales Excrementos (guano) Plantas Aves marinas Sedimentación Cadáveres y excrementos Sedimentación Plancton Depósitos marinos de fósforo Peces

El ciclo del nitrógeno La atmósfera es la reserva de N con un 78% de contenido en N2. En los seres vivos constituye el 1% De emanaciones volcánicas y de la putrefacción surge el NH3 De tormentas eléctricas NO,N2O y NO2. (volcanes) Los óxidos de nitrógeno reaccionan con el agua de lluvia, llegan al suelo y forman nitratos. Es limitante aunque existen microorganismos que lo fijan.

Nitrificación y desnitrificación Bacterias nitrificantes transforman el NH3 de la putrefacción en nitratos. También existen bacterias desnitrificantes en condiciones anaerobias Condiciones anaerobias se producen en suelos encharcados Se pierden nitratos en forma de N2 Nitrobacter Nitrosomonas NO3- NH3 NO2-

Intervenciones humanas en el ciclo del N Procesos de combustión a altas temperaturas generan NO2 Este gas incrementa el efecto invernadero El NO2 junto a vapor de agua forma ácido nítrico Al caer al suelo forma nitratos Fijación industrial de N2 para producir NH3 y fertilizantes Abonado excesivo de cultivos que libera NO2 a la atmósfera Se genera un desequilibrio de nutrientes en el suelo Se contaminan los acuíferos por lixiviado Se produce la eutrofización de las aguas superficiales

Ciclo del nitrógeno Descomposición Y putrefacción Nitrificación Atmósfera Animales Plantas Nitrógeno libre Proteínas Descomposición Y putrefacción Nitratos Excrementos Nitrificación Microorganismos nitrificantes Nitrificación

El ciclo del azufre Se almacena como sulfatos en la hidrosfera Su ciclo de transferencia es lento Por evaporación se deposita en forma de yesos Las lluvias lo reponen de forma natural En el océano se forma H2S que se combina con Fe y forma piritas. Los sulfuros se liberan a la atmósfera En zonas oxigenadas se forman sulfatos Ciertas algas liberan dimetil sulfuro que sirve para la consensación de agua y que se produzcan las precipitaciones. 𝑆𝑂4 2− Bacterias SO3 H2S vegetales

Ciclo del azufre Lluvia Vulcanismo Alimentación Alimentación Atmósfera Animales Plantas Alimentación Lluvia Alimentación Restos orgánicos Vulcanismo Descomposición Alimentación Carbón, petróleo, gas. Sedimentos Microorganismos Bacterias sulfúreas

FIN