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02/06/2013
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CAPÍTULO 5.2
Ecología de ecosistemas
Ciclos biogeoquímicos terrestres y acuáticos
Eutrofización
Geog. Fabian Drenkhan – ECOLOGÍA – Semestre 2013-1, PUCP
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1. Introducción
Para su mantenimiento de la vida y el metabolismo, los
seres vivos necesitan alimentarse de numerosos elementos
químicos (moléculas): de los nutrientes.
Los más importantes representados en cada organismo son:
carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, magnesio, potasio,
calcio, oxígeno y hidrógeno
Hay varios más, igualmente importantes, pero requeridos
solo en concentraciones pequeñas, como el hierro, cobre,
zinc, etc. (oligonutrientes).
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1. Introducción
Provienen de la formación (desgasificación y erosión) de la
Tierra, por lo tanto los encontramos en la atmósfera, el
ambiente terrestre y acuático y dentro de la biomasa
Están disponibles de forma limitada
(en cantidades finitos dentro de nuestro planeta)
Por lo tanto, el reciclaje de todos estos elementos
orgánicos y inorgánicos es la clave para el mantenimiento
de la vida en la Tierra – sin este mecanismo los nutrientes
se agotarían y la vida desaparecería
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1. Introducción
Se denomina a los movimientos de los diversos nutrientes en
toda la biósfera mediante la serie de producción, consumo y
descomposición como ciclos biogeoquímicos.
Se distingue dos ciclos fundamentales:
Gaseosos (Fuente principal: atmósfera y océanos)
Sedimentarios (Fuente principal: suelo, rocas y minerales)
Están estrechamente relacionados en la biósfera
En toda la Tierra
Entre los seres vivos Moléculas
Ciclo gaseoso
Biomasa
Incorporación de nutrientes en
materia orgánica de organismos
Desintegración de los nutrientes
de la materia orgánica
Descomponedores
Ciclo sedimentario
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1. Introducción
Ciclo biogeoquímico en un ecosistema
Consumidores Productores
Toda la materia orgánica está compuesta por un elemento
básico, el carbono. Constituye la base molecular para toda
la vida.
Existe en numerosas formas en toda la biósfera
Está estrechamente unido al flujo de energía
Fuente primaria: Dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera
y de los océanos, guardado en la biomasa (a través de la
fotosíntesis) Carbohidratos
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Componente de gases
del efecto invernadero
La forma más pura
del carbono: diamante
Carbono (C)
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La Fotosíntesis extrae el CO2 del aire y de
los océanos a través de los autótrofos
(plantas verdes, fitoplancton etc.) hacia los
componentes vivos en el ecosistema.
A través de la respiración de los productores
y consumidores, el carbono está liberado de
nuevo. Con la muerte de organismos, el
carbono está desintegrado por los
descomponedores y de esta manera añadido
de nuevo al ciclo. Existe un equilibrio entre
la tasa de flujo del carbono de la atmósfera,
en el agua, la biomasa y los suelos.
Debajo de condiciones especiales (sin
oxígeno en el suelo), como era el caso en la
era geológica del Carbonífero, el carbono se
acumula en la tierra en reservorios grandes,
como carbón, petróleo y gas
(carbonificación) y de ese modo está
excluido del ciclo presente del
carbono.
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Reservorio terrestre
Reservorio acuático
Reservorio atmosférico
Reservorio
de biomasa
Fuente: SMITH & SMITH 2007: 501
Ciclo local del carbono
Almacenamiento de los
principales reservorios
globales de carbono
(en Giga toneladas [Gt] C)
Atmósfera : 830 (según IPPC 1990: 1ppm CO2
= 2,1286 Gt C)
Biomasa: 550
Suelos: 1 500
Yacimientos fósiles:
10 000
Océano (total):
38 725
Aguas superficiales:
725
Aguas profundas:
38 000
Total: ~ 51 605 Gt C
830 Gt
38000 Gt
10000 Gt
550 Gt
1500 Gt
725 Gt
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Ciclo global del carbono
Fuentes: NASA Earth Observatory ; según IPCC 1990 y WHRC 2012 http://www.whrc.org/global/carbon/index.html
Emisiones antrópicas
anuales 7 Gt
2 Gt
Energía fósil – almacenamiento del carbono de tiempos antiguos
La combustión del carbón, petróleo y gas (energía fósil) provoca severos problemas respecto
al equilibrio del ciclo del carbono. El ser humano quema grandes reservas fósiles del carbono,
almacenadas por millones de años, en pocas décadas. La acumulación inmensa del CO2 en la
atmósfera como producto de la combustión, efecto como gas invernadero, es el sujeto de
las discusiones sobre impactos del y adaptaciones al calentamiento global. 8
2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Emisiones CO2: Liberación de
yacimientos fósiles
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Deforestación y agricultura – contribución a la emisión de carbonos
La tala de bosques y combustión (natural y provocada por el hombre) de áreas de vegetación
equivale a una disminución del reservorio (sumidor) de carbono en biomasa. Así se interfiere
el equilibrio del ciclo de CO2: una vez cortadas y quemadas, los árboles emiten el CO2
anteriormente capturado desde la atmósfera (fotosíntesis).
Este efecto contribuye al aumento del CO2 atmosférico y al efecto invernadero. 9
2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Emisiones CO2:
Agricultura y deforestación
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Fuente: http://www.grida.no/files/publications/vital-climate_change_update.pdf
Se calcula un punto de inflexión antes del 2100; el bosque tropical cambiará
su función de un sumidor a un emisor de carbono. (IPCC 2007, WG2 CH.4)
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Proviene sobre todo de la meteorización de rocas / minerales.
Uno de los nutrientes más importantes para el crecimiento de
los organismos, en especial para el crecimiento vegetal:
Componente del ATP
(fuente de energía celular)
En suelos con poca disponibilidad de este nutriente, se
utiliza varios fertilizantes naturales (p. e. guano) o químicos
para lograr un mayor crecimiento vegetal
Fósforo (P)
Extracción de guano en islas del Perú
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La mayor parte de la atmósfera (78%) está compuesta
de nitrógeno (N2).
Es el componente esencial de las proteínas, componentes
básicas de los tejidos vivos.
Producción química (agricultura) y producto secundario
(emisiones) por la combustión de energía fósil en la indus-
tria y el tráfico (grupo NOx)
Problemática:
Contaminación del aire,
de los suelos y acuíferos
(véase “Eutrofización”)
Rol importante del nitrógeno
en la agricultura
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Nitrógeno (N)
Emisiones del tránsito
A pesar de la abundancia en la atmósfera, la mayoría de
este nitrógeno no está directamente fijado en los suelos
y de esta manera no disponible para el crecimiento vegetal
y nuestra alimentación diaria.
Existen bacterias, p. e. del género Rhizobium,
que viven de forma mutualista en las raíces
de un grupo de plantas, en las leguminosas
(Fabaceae, frutos: legumbres).
Esta fijación directa del nitrógeno del aire
(N2) se lleva a cabo en los nódulos radi-
culares (transformación en amonio (NO3-))
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Fijación biológica de nitrógeno
Smog en Lima
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Azufre (S) Elemento importante para la síntesis de
proteínas y enzimas
Valorado en la agricultura para fertilizantes
A través de la combustión de energía fósil
se emite cantidades de SO2, componente
del smog (perjudicial para la salud)
SO2 y vapor de agua forman en la
atmósfera ácido sulfúrico (H2SO4),
conocido como neblina o lluvia ácida
(pH ≤ 5,5) y causa del perjuicio de
varios ecosistemas
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2. Ciclos biogeoquímicos terrestres
Azufre (S): Lluvia acida
“Muerte de bosques”
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3. Ciclos biogeoquímicos acuáticos
Eutrofización
El enriquecimiento masivo con nutrientes (fosfatos,
nitratos) en cuerpos acuáticos que promueve el crecimiento
exponencial de plantas y otros organismos que realizan
fotosíntesis, se llama eutrofización.
En la mayoría de los casos está provocada por el ser
humano, sobre todo por las actividades de la agricultura e
industria (fertilizantes y desechos que llegan a través de la
lluvia / napa freática a los cuerpos acuáticos).
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3. Ciclos biogeoquímicos acuáticos