fdrenkhan - 5.2 - ecología de ecosistemas

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02/06/2013 2 1 CAPÍTULO 5.2 Ecología de ecosistemas Ciclos biogeoquímicos terrestres y acuáticos Eutrofización Geog. Fabian Drenkhan – ECOLOGÍA Semestre 2013-1, PUCP 1 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). 2 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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Page 1: FDrenkhan - 5.2 - Ecología de Ecosistemas

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

1

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).

2

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