cuestiones 2 ecosistemas acuáticos

7/26/2019 Cuestiones 2 Ecosistemas Acuticos

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Ecosistemas acuticos y flujos biogeoqumicos

Cuestiones tema 2

Santander, noviembre 2014 Fernando Roca Barcel


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ndice

ndice ........................................................................................................................................... i

Lista de Figuras .......................................................................................................................... ii

1 Cuestin sobre los puentes de hidrgeno ............................................................................ 1

2

Cuestin sobre las termoclinas ............................................................................................ 2

3 Cuestin sobre el efecto del CO2en el pH .......................................................................... 2

4 Cuestin sobre la diferente incidencia de radiacin solar ................................................... 3

5

Cuestin-ejercicio sobre el mtodo del disco de Secchi ..................................................... 3

6

Cuestin sobre los iones conservativos en el agua de mar .................................................. 4

7 Cuestin sobre el ciclo del nitrgeno .................................................................................. 4

8 Cuestin 8: Definiciones ..................................................................................................... 6

9 Cuestin sobre la importancia de las corrientes .................................................................. 7

10 Cuestin sobre el fenmeno de upwelling....................................................................... 8

11

Cuestin sobre los factores limitantes de la produccin primaria ....................................... 8

12 Cuestin-ejercicio sobre produccin primaria .................................................................... 9

13

Cuestin sobre la concentracin de gases en el medio marino ......................................... 10

14 Cuestin sobre los cocolitofridos .................................................................................... 10

15 Cuestin sobre el bucle microbiano .................................................................................. 11

Referencias ............................................................................................................................... 12


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Lista de Figuras

Fig. 1-1:

Estructura de los puentes de hidrgeno (enlaces dbiles entre molculas deagua). Fotografa de wikispaces. ............................................................................... 1

Fig. 2-1: Representacin grfica de una termoclina. Fotografa de la Pont. UniversidadCatlica de Chile. ....................................................................................................... 2

Fig. 4-1: Distribucin espacial de la intensidad de radiacin solar icidente. Fotografa dewww.artinaid.com. ..................................................................................................... 3

Fig. 6-1: Iones conservativos principales en el agua de mar. Tabla del National Institute ofOceanography ............................................................................................................ 4

Fig. 8-1: Mareas rojas y su impacto en los ecosistemas costeros. Fotografias de UNAM ywww.costadigital.es. .................................................................................................. 6

Fig. 8-2:

Ejemplos de comunidades litofticas de la zona intermareal. Fotografas deFlickr. ......................................................................................................................... 7

Fig. 8-3: Diversos ejemplos de algas pardas. Fotografas de www.biologados.br ywww.ecoticias.com. ................................................................................................... 7

Fig. 10-1:Esquema descriptivo del proceso de upwelling y reas del mundo en las que esms comn. Fotografas de wikipedia. ...................................................................... 8

Fig. 14-1:Imgenes microscpicas de cocolitofridos. Fotografas de Rodrigo Riera. .......... 11Fig. 15-1:Esquema del bucle microbiano y su integracin en la cadena trfica. Fotografas

del Climate Book (SPC). ......................................................................................... 11


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Cuestin sobre los puentes de hidrgeno 1

1 Cuestin sobre los puentes de hidrgeno

Las molculas de agua se unen mediante puentes de hidrgeno lo que le confiere al aguauna serie de propiedades. Indique las propiedades relacionadas con los puentes dehidrgeno que son importantes para el funcionamiento de los ecosistemas.

Los enlaces por puentes de hidrgeno entre las molculas del agua pura son responsables dela dilatacin del agua al solidificarse (es decir, su disminucin de densidad cuando secongela), su propiedad de ser considerada casi el disolvente universal, su propiedades decohesin y adhesin y su alto calor especfico (1 cal/C g).

Fig. 1-1: Estructura de los puentes de hidrgeno (enlaces dbiles entre molculas de agua). Fotografa dewikispaces.

De entre estas propiedades, el valor de calor especfico es fundamental para el funcionamientode los ecosistemas ya que le permite absorber grandes cantidades de calor con slo un

pequeo aumento de temperatura. Esto permite que los organismos acuticos sobrevivan anbajo la intensa radiacin solar del Ecuador, que slo resulta en un pequeo aumento de latemperatura. Por otra parte, el hecho de que la mxima densidad del agua sea a 4C (y no ensu punto de congelacin como ocurre con la mayora de lquidos) tambin es de granimportancia para los ecosistemas de aguas fras (i.e. lagos). Una vez que la temperatura dellago alcanza los 4C, el posterior enfriamiento de la superficie produce agua menos densa yeventualmente hielo, dejando el agua ligeramente ms clida y densa por debajo. El hielo quese forma en la superficie asla el agua lquida y evita que los lagos profundos se congelen porcompleto.


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Cuestin sobre las termoclinas 2

2 Cuestin sobre las termoclinas

Qu es una termoclina? Qu causa el desarrollo de la termoclina?

La termoclina es una capa dentro de un cuerpo de agua o aire donde la temperatura cambiarpidamente con la profundidad o altura. Debido a que el agua no es perfectamentetransparente, la mayor parte de la luz solar incidente es absorbida por la capa superficial,calentndose. El viento y el oleaje mueven el agua en esta capa, haciendo que la temperatura,se homogeinice relativamente en las primeras decenas de metros. Debajo de esta capa demezcla, la temperatura cae muy rpidamente; aproximadamente 20 C en los siguientes 150 mde profundidad. Ese rea de rpida transicin es la termoclina; debajo de ella la temperaturacontina cayendo, pero mucho ms gradualmente.

Fig. 2-1: Representacin grfica de una termoclina. Fotografa de la Pont. Universidad Catlica de Chile.

3 Cuestin sobre el efecto del CO2en el pH

Qu efecto tiene en el pH el aumento de la concentracin de CO2en la atmsfera?

El dixido de carbono est en baja concentracin en la atmsfera y es muy soluble en agua,donde forma cido carbnico que puede disociarse en carbonatos y bicarbonatos. El equilibrioentre las formas puede escribirse como:

CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3+ H+ CO 3 2- + 2H+

El aumento de concentracin de CO2en la atmsfera produce una progresiva acidificacin(reduccin del pH) del ocano cuando se disuelve en ste, ya que reacciona con el agua paraformar un equilibrio entre especies qumicas inicas y no inicas.


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Cuestin sobre la diferente incidencia de radiacin solar 3

4 Cuestin sobre la diferente incidencia de radiacin solar

Por qu en el Ecuador se recibe ms radiacin solar que en los polos?

La Tierra se bambolea sobre su eje en su rbita alrededor del sol, y esto junto con suproximidad al sol en un momento determinado del ao produce variaciones en la energa quecada zona del planeta recibe del Sol. A medida que la luz del sol llega a la superficie de latierra de una manera ms indirecta (rayos menos perpendiculares a la superficie), la cantidadde energa recibida se reduce; mientras que a medida que se vuelve ms directa (rayos ms

perpendiculares), la energa recibida aumenta. En el ecuador, la oscilacin polar de la Tierratiene poco efecto sobre el clima, y la luz solar llega a la superficie en su mejor forma, msdirecta durante todo el ao. Sin embargo, en los polos las oscilaciones son mximas y los

rayos llegan con inclinaciones variables poco perpendiculares, por lo que la energa quereciben del Sol es menor.

Fig. 4-1: Distribucin espacial de la intensidad de radiacin solar icidente. Fotografa de www.artinaid.com.

5 Cuestin-ejercicio sobre el mtodo del disco de Secchi

Se desea conocer la profundidad de compensacin de un ecosistema marino para lo cualse ha utilizado el disco de Secchi y se ha medido la intensidad de luz en superficie.Siendo la profundidad de penetracin del disco de Secchi de 11 m, la intensidad de luzmedida en superficie de 0,6 cal cm-2m-1 y la intensidad de compensacin de 0,001 calcm-2m-1; calcular la profundidad de compensacin.

0 0.001 0.6 21.61 62.11kz kz ZI I e e z m


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Cuestin sobre los iones conservativos en el agua de mar 4

1.13 3.260.103 0.296

11s

ck k

Z

La profundidad de compensacin oscila entre 21.61m y 62.11m segn el valor que se tomepara la constante c (En la literatura cientfica al respecto no hay consenso pero se recomiendaun valor en el rango 1.13 - 3.26).

6 Cuestin sobre los iones conservativos en el agua de mar

Qu y cules son los iones conservativos del agua de mar?

Los iones ms abundantes en el agua de mar (cloro, sodio, calcio, potasio, magnesio, ysulfato) se encuentran presentes en proporciones constantes debido a que sus concentracionesestn altamente controladas por procesos fsicos, tales como adicin o remocin de agua. Poresta razn, estas sales se denominan iones conservativos.

Fig. 6-1: Iones conservativos principales en el agua de mar. Tabla del National Institute of Oceanography

7 Cuestin sobre el ciclo del nitrgeno

Describa los siguientes procesos del ciclo del nitrgeno:

a. Fijacin

Por fijacin de nitrgeno se entiende la combinacin de nitrgeno molecular N2con oxgenoo hidrgeno para dar xidos o amonio que pueden incorporarse a la biosfera. La fijacin de

nitrgeno puede llevarse a cabo de tres formas: industrial, a travs de la reaccin de Haber-Bosch; biolgica, a travs de organismos fijadores de nitrgeno; y atmosfrica, debida a


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Cuestin sobre el ciclo del nitrgeno 5

descargas elctricas, la cual es poco relevante en cuanto al volumen de nitrgeno fijado. Lafijacin Biolgica de Nitrgeno (FBN) es el principal punto de entrada de nitrgenoatmosfrico en el ciclo biogeoqumico.

b.

Amonificacin

La amonificacin es la conversin del nitrgeno a ion amonio (NH4+). Se inicia cuando los

organismos producen desechos como urea y cido rico, sustancias que son degradadas paraliberar como amonaco el nitrgeno en el ambiente abitico. El amonaco queda disponible

para los procesos de nitrificacin y asimilacin. El nitrgeno presente en el suelo es elresultado de la descomposicin de materiales orgnicos y se encuentra en forma decompuestos orgnicos complejos, como protenas, aminocidos, cidos nucleicos ynucletidos, que son degradados a compuestos simples por microorganismos - bacterias yhongos - que se encuentran en el suelo. Estos microorganismos usan las protenas y los

aminocidos para producir sus propias protenas y liberan el exceso de nitrgeno en forma deamonaco (NH3) o ion amonio (NH4

+).

c. Nitrificacin

Proceso de oxidacin del amonaco o ion amonio, realizado por dos tipos de bacterias:Nitrosomonas y Nitrobacter (comunes del suelo). Este proceso genera energa que es liberaday utilizada por dichas bacterias como fuente de energa primaria. Este proceso ocurre en dosetapas:

Primero un grupo de bacterias, las Nitrosomonasy Nitrococcus, oxidan el amonaco a nitrito(NO2-):

2 NH3 + 3 O2 g 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O

Otro grupo de bacterias, Nitrobacter, transforman el nitrito en nitrato, por este motivo no seencuentra nitrito en el suelo, que adems es txico para las plantas.

2 NO2- + O2 g 2 NO3

-

d. Proceso Annamox

Anammox, acrnimo de oxidacin anaerobia del ion amonio (ANaerobic AMMoniumOXidation), es un proceso biolgico que forma parte del ciclo del nitrgeno. En este proceso

biolgico, nitrito y amonio se convierten directamente en gas nitrgeno. Un alto porcentaje dela conversin de nitrgeno en los ocanos se realiza mediante este proceso cuya reaccin(catablica) es:

NH4++ NO2

- N2+ 2H2O

Las bacterias que realizan el proceso anammox pertenecen al orden Planctomycetes ycorresponden a los gneros Brocadia, Kuenenia, Jettenia, Anammoxoglobus (todos de agua

dulce), y Scalindua (marinos).


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Cuestin 8: Definiciones 6

8 Cuestin 8: Definiciones

Defina:

a. Marea roja

Una marea roja es un bloom o excesiva proliferacin de microalgas (dinoflagelados) en losestuarios o en el mar, causada por diferentes tipos de algas presentes en nmero elevado(miles o millones de clulas por milmetro cbico). Como consecuencia, el agua toma unacoloracin rojiza (entre otras cosas por presencia de algas rojas), y elevadas concentracionesde toxinas (saxitoxinas y gonyatoxinas).

Fig. 8-1: Mareas rojas y su impacto en los ecosistemas costeros. Fotografias de UNAM y www.costadigital.es.

b. Produccin primaria neta

Cuando se habla de produccin de un ecosistema se hace referencia a la cantidad de energaque ese ecosistema es capaz de aprovechar. A su vez, podemos distinguir entre produccin

primaria bruta y neta: La produccin primaria bruta de un ecosistema es la energa total fijada

por fotosntesis por las plantas, mientras que la produccin primaria neta es la energa fijadapor fotosntesis menos la energa empleada en la respiracin, es decir la produccin primariabruta menos la respiracin.


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Cuestin sobre la importancia de las corrientes 7

c. Comunidades litofticas

Se denomina litofticos a los organismos (especialmente algas) que tienen la capacidad de

sujetarse a sustratos rocosos para desarrollar en ellos sus actividades vitales.

Fig. 8-2: Ejemplos de comunidades litofticas de la zona intermareal. Fotografas de Flickr.

d. Algas pardas

Las algas pardas (feofitos o paeofitos) son un grupo de algas pertenecientes a la clasePhaeophyceae en el reino Protoctista, aunque tambin podran clasificarse dentro del

propuesto reino Chromista. Comprende unos 265 gneros con unas 1.500-2.000 especies,principalmente marinas (slo seis gneros son de agua dulce). La mayora viven en las costasrocosas de las zonas templadas y subpolares, dominando la zona intermareal como en el casode las Laminariales de la costa de California. Tambin se presentan en formas flotantes libres,como el Sargassum, que forma grandes extensiones en el Mar de los Sargazos.

Fig. 8-3: Diversos ejemplos de algas pardas. Fotografas de www.biologados.br y www.ecoticias.com.

9 Cuestin sobre la importancia de las corrientes

Importancia de las corrientes en los ecosistemas marinos

La importancia de las corrientes marinas est, por un lado, en que, al estar en constantemovimiento, renuevan continuamente el agua de todas las zonas a las que llegan lo que

provoca que transporten nutrientes all donde llegan y a lo largo del globo terrqueo.Asimismo, las corrientes tambin influyen en la temperatura y el clima de los lugares pordonde pasan ya que pueden llevar agua fra o caliente a los mismos y por extensin modificarsu temperatura. Otra de las caractersticas importantes de las corrientes marinas es que

mueven el plancton a diferentes zonas, lo que provoca que sean ms ricas en biodiversidadunas zonas marinas que otras (en funcin del alimento que puedan conseguir).


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Cuestin sobre el fenmeno de upwelling 8

10Cuestin sobre el fenmeno de upwelling

En qu consiste el upwelling afloramiento costero? Qu importancia tiene para el

ecosistema?

El upwelling o afloramiento costero es un fenmeno oceanogrfico que consiste en elmovimiento vertical de las masas de agua, de niveles profundos hacia la superficie. En cuantoa su influencia en el ecosistema, el principal efecto es el aporte de nutrientes a la zona costera.Las aguas profundas son ricas en nutrientes que incluyen nitrato y fosfato, que son productode la descomposicin de materia orgnica hundida desde las aguas superficiales. Cuando estrada a la superficie, estos nutrientes son utilizados por el fitoplancton, junto con CO2disuelto y energa solar, para producir compuestos orgnicos a travs del proceso de

fotosntesis. De esta manera las regiones con afloramientos resultan en lugares con nivelesmuy altos de produccin primaria en comparacin a otras reas del ocano. La alta

produccin primaria induce la actividad de la cadena alimentaria ya que el fitoplancton es labase del alimento ocenico.

Fig. 10-1: Esquema descriptivo del proceso de upwelling y reas del mundo en las que es ms comn.Fotografas de wikipedia.

11Cuestin sobre los factores limitantes de la produccinprimaria

Emita un breve informe sobre cules son los factores limitantes de la produccinprimaria en los mares tropicales, templados y polares.

Para que se lleve a cabo la produccin primaria en el mar hacen falta radiacin solar (luz ytemperatura), dixido de carbono y nutrientes minerales (nitrgeno, fsforo, azufre, hierro,cobre, magnesio, etc.). Cualquiera de estos factores puede actuar limitando la produccin y,de acuerdo a la ley del mnimo, la velocidad del proceso estar limitada por aqul elementoque est en menor disponibilidad respecto a sus requerimientos.

En el medio acutico, la penetracin de la radiacin solar limita la profundidad hasta la quepuede haber fotosntesis. A medida que la luz va atravesando el agua, pierde intensidad ycambia la longitud de onda, ya que las distintas longitudes de onda son absorbidas


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Cuestin-ejercicio sobre produccin primaria 9

diferencialmente por el agua. En este sentido y, como ya se coment anteriormente, en elecuador (p.ej. mares tropicales) la luz solar llega a la superficie de forma, ms directa durantetodo el ao, mientras que en los polos (p.ej. mares polares) los rayos llegan con inclinaciones

variables poco perpendiculares, por lo que la energa que reciben del Sol es menor.En cuanto al CO2, la concentracin del mismo en el agua de mar es mayor que en laatmsfera, aunque su solubilidad en el agua es de 0,0003 cm3de CO2por cm

3de agua, unaconcentracin similar a la de la atmsfera, parte forma cido carbnico, que constituye unreservorio inorgnico de carbono. Dentro del rango de acidez de las aguas naturales (pH entre6 y 9), el bicarbonato es la forma ms comn y es muy soluble en agua, por lo que laconcentracin de carbonatos en agua de mar equivale a un 3-6%. Sin embargo, con algunosvalores de pH se puede producir la precipitacin de carbonatos, que secuestran el carbono enforma no disponible para la fotosntesis. No obstante, el CO2no constituye generalmente unfactor limitante.

En lo que respecta a los nutrientes minerales, los sistemas acuticos ms productivos sonaqullos donde los sedimentos se encuentran cerca de la superficie (poco profundos, como las

plataformas continentales) o que tienen corrientes emergentes que hacen aflorar los nutrientes(upwelling). En este sentido, los mares tropicales (por lo general menos profundos y conaguas clidas y de mayor salinidad) tendern a ser ms productivos que los mares polares (porlo general ms profundos, fros y de baja salinidad) y sin presencia de corrientes emergentes.

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Cuestin-ejercicio sobre produccin primaria

Se ha determinado la produccin primaria de un ecosistema marino y los resultadosobtenidos muestran que la mayor produccin primaria no se produce en superficie sinoa 50 metros de profundidad. Adems, se ha medido la temperatura y la concentracin denutrientes (N, P y Si), obtenindose valores homogneos en todo el perfil. Podra explicarporque se produce este perfil de produccin primaria.

Cuando un rayo de luz solar incide en el agua del mar, una parte de su energa es absorbida ytransformada en calor, otra parte es dispersada por las propias molculas del agua, las

partculas en suspensin y los organismos presentes en el agua y el resto contina su viajehacia zonas ms profundas. Es por ello que las diferentes longitudes de onda con las que llegala radiacin solar son absorbidas de diferente manera por el agua del mar (por ejemplo lasradiaciones rojas y anaranjadas del espectro son ms rpidamente absorbidas que las verdes,las azules y las violetas). Teniendo esto en cuenta, puede deducirse que los efectos de laradiacin solar sobre las molculas y los organismos dependern, tambin de la profundidad,ya que segn a qu profundidades se muevan, los organismos estarn expuestos a

proporciones diferentes de la radiacin que les permite vivir y de la que les perjudica.


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Cuestin sobre la concentracin de gases en el medio marino 10

Por consiguiente, la explicacin ms probable para el perfil de produccin primaria observadoes que la radiacin solar en los primeros metros de columna de agua es demasiado intensa

para favorecer dicha produccin. A medida que avanza hacia aguas ms profundas, la

radiacin va perdiendo intensidad, hasta que se encuentra el punto ptimo a unos 50 m deprofundidad, lo que teniendo en cuenta que no existe ningn otro factor limitante, tiene comoconsecuencia que la mxima produccin primaria se d a esa profundidad.

13Cuestin sobre la concentracin de gases en el medio marino

De qu depende la concentracin de oxgeno, nitrgeno (gas) y CO 2 en el mediomarino?

La concentracin de gases en el medio marino depende principalmente de los siguientesfactores:

i. La temperatura (inversamente) y la salinidad del agua, que afectan a la solubilidad delos gases.

ii. La actividad biolgica.iii. Las caractersticas de las corrientes y procesos de mezcla.

14Cuestin sobre los cocolitofridos

Porque los cocolitofridos actan secuestrando CO2de la atmsfera?

Un cocolitofrido es un tipo de fitoplancton unicelular que genera y se cubre a s mismo conplacas duras de carbonato clcico llamados cocolitos. Los cocolitofridos viven en las capas

superficiales del ocano y contienen clorofila, que utilizan para captura la luz solar yconvertirla en energa qumica a travs de la fotosntesis. Los cocolitofridos contribuyen a laretirada de CO2atmosfrico de las capas superficiales de los ocanos mediante dos procesos:

i. La absorcin de CO2para su conversin en materia orgnica mediante la fotosntesis.ii. La formacin de cocolitos o placas de calcita, que es posteriormente disuelta o

almacenada en los sedimentos marinos profundos.


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Cuestin sobre el bucle microbiano 11

Fig. 14-1: Imgenes microscpicas de cocolitofridos. Fotografas de Rodrigo Riera.

15Cuestin sobre el bucle microbiano

Describa el bucle microbiano o microbial loop

El bucle microbiano (o microbial loop) es la denominacin que recibe la va del detrito(constituida por los organismos descomponedores) en los sistemas acuticos. Estosmicrorganismos (bacterias, pequeos hongos, virus y protozoos (eucariotas unicelulares,algas, ciliados y flagelados) son consumidores de materia orgnica muerta y se organizan enuna cadena alimenticia paralela a la constituida por productores y consumidores superiores.

Fig. 15-1: Esquema del bucle microbiano y su integracin en la cadena trfica. Fotografas del Climate Book(SPC).


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Referencias 12

Referencias

Artculos acadmicos

Colmenero Hidalgo, E. Respuesta de las asociaciones de cocolitofridos a los cambiosclimticos del cuaternario final. Tesis Doctoral. Universidad de Salamanca.

Flez Santaf, M. El Agua. Universitat Politcnica de Catalunya.

Pginas web

Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (ICM Divulga)

Universidad Nacional Autnoma de Mxico (UNAM)

Pontificia Universidad Catlica de Chile (PUCC)

Facultad de Agronoma de la Universidad de Buenos Aires

Instituto Latinoamericano de la Comunicacin Educativa (ILCE)

Centro Internacional para la Investigacin del Fenmeno El Nio (CIIFEN)

Secretariat of the Pacific Comunity (SPC)

Wikipedia.org

Wikispaces.com

Importancia.org

Artinaid.com

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