transferencia energia y materia
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DEFINICIÓN DE ECOLOGÍA Compuesto por las palabras griegas
oikos (casa, vivienda, hogar) y logos (estudio o tratado), es por tanto la
Ciencia que estudia las relaciones entre los seres vivos y de éstos con el medio
físico-químico que les rodea. Es la ciencia que estudia los ecosistemas.
DEFINICIONES DE ECOLOGÍA
BIOSFERA• Conjunto de seres vivos de la Tierra o
biocenosis del ecosistema planetario
ECOSISTEMA• Es un sistema natural integrado por seres
vivos y no vivos interactuantes.
COMUNIDAD O BIOCENOSIS
Conjunto de seres vivos y sus relaciones
BIOTOPO
Componentes abióticos
DEFINICIONES POBLACIÓN. Conjunto de seres vivos
de la misma especie que viven juntos en un lugar y en un tiempo determinados.
HÁBITAT. Área con las condiciones ambientales adecuadas para el desarrollo de una especie, es decir es el conjunto de biotopos donde puede vivir una especie.
ECOSFERA• El conjunto de todos los ecosistemas de la
Tierra o el gran ecosistema planetario BIOMAS
Los diferentes ecosistemas que hay en la Tierra
RELACIONES TRÓFICAS Mecanismo de transferencia energética
de unos organismos a otros en forma de materia• Cadenas tróficas: unen mediante flechas
los diferentes eslabones o niveles tróficos
Nivel trófico ProductoresNivel trófico ProductoresOrganismos autótrofos capaces de
sintetizar materia orgánica
FOTOSINTÉTICOS Transforman la
energía lumínica en química por la fotosíntesis Bacterias y
cianobacterias Algas (Fitoplancton) Plantas superiores
QUIMIOSINTÉTICOS Oxidan la materia
inorgánica para la obtención de energía Bacterias oxidadoras
como las del azufre
Nivel trófico ConsumidoresNivel trófico ConsumidoresUtilizan la materia orgánica para cumplir
sus funciones a partir de procesos respiratorios
REDES TRÓFICASREDES TRÓFICAS Cadenas tróficas Cadenas tróficas
con más con más ramificacionesramificaciones• Omnívoros• Carroñeros o
necrófagos• Saprófitos,coprófa
-gos o detritívoros
Nivel trófico DescomponedoresNivel trófico DescomponedoresOrganismos detritívoros que
transforman la materia orgánica en sales minerales
Cierran el ciclo de materia pues sus productos los consumen los productores
CICLOS DE MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA
Los ecosistemas siguen unos principios de sostenibilida
d natural
Reciclar al máximo la materia
No producir desechos no utilizables
Utilizar la luz solar como fuente de energía
RECICLADO DE LA RECICLADO DE LA MATERIAMATERIA
M.Órgánica M.InorgánicaBiodegradable Gasificación Lixiviado Combustibles. F Vía aerobiaDESCOMPOSICIÓN Vía anaerobia
Ciclo que tiende a ser
cerrado
FLUJO DE LA ENERGÍAFLUJO DE LA ENERGÍAEscape de calor
Energía Energía Solar Química
Flujo abierto y unidireccional sin cerrarse en un ciclo
NIVELESTRÓFICOS
Regla del 10%: Regla del 10%: La energía que pasa de un eslabón a otro es el 10% de la acumulada en él
NÚMERO DE ESLABONES LIMITADOS
Energía en E. acumulada cadena trófica en M.O CALOR
PARAMETROS TRÓFICOSPARAMETROS TRÓFICOS
Los utilizamos Los utilizamos para evaluar la para evaluar la rentabilidad de rentabilidad de
cada nivel trófico cada nivel trófico y de cada y de cada
ecosistemaecosistema
BIOMASABIOMASA PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN
PRODUCTIVIDADPRODUCTIVIDAD TIEMPO DE TIEMPO DE RENOVACIÓNRENOVACIÓN
EFICIENCIAEFICIENCIA
BIOMASABIOMASA Cantidad en peso de M.O viva o muerta en
cada nivel o en un ecosistema Se mide en Kg, g mg…o su equivalente en
energía (1g = 4.5 Kcal) Para calcularla se hace referencia a su
cantidad por unidad de de volumen o superficie(g C/m2 Kg C/m2)
BIOMASA DE UNOS NIVELES A OTROS
(E. química) transferencia
PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN Cantidad de energía que fluye por cada
nivel trófico Se mide en g C/m2 día Kcal,J, vatio/ha año…
E. fijada por autótrofos
E. fijada por heterótrofos
PRODUCCIÓN BRUTA PRODUCCIÓN NETA
PRODUCCIÓN PRIMARIA
PRODUCCIÓN SECUNDARIA
PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN PRODUCCIÓN BRUTA
(Pb)Cantidad de energía
fijada en cada nivel por unidad de tiempo
Productores: total fotosintetizado
Consumidores: cantidad de alimento asimilado por el total ingerido
PRODUCCIÓN NETA(Pn)
Energía almacenada en cada nivel por unidad de tiempo
Aumento de biomasa por unidad de tiempo
Pn = Pb - R
RESTO DE NIVELESRespiración en funciones vitalesCalor
Desechos/ DescomposiciónNo todos son ingeridos
RESTO DE NIVELES (Solo 10%)
P. Bruta secundaria almacenada
(Solo el 10% de la P.P. Neta
almecenada)
P. Neta secundaria
PRODUCTIVIDADPRODUCTIVIDAD Es la relación entre la P.N y la Biomasa P.N/Biomasa (INTERESES/CAPITAL)
Sirve para valorar la velocidad de renovación de Biomasa. Se le llama también tasa de renovación
EFICIENCIAEFICIENCIA Rendimiento de un nivel o sistema
(Salidas/Entradas)• En productores: Se refiere solo a P.bruta
E. asimilada/E. incidente (Menos de un 2%)• Pn/Pb: E. incorporada en cada nivel respecto al
asimilado. Se tienen en cuenta las pérdidas respiratorias
• Consumidores: Pn/Alimento ingerido(Engorde/Alimento ingerido)
EFICIENCIA ECOLÓGICA : (Pn/Pn nivel anterior)· 100EFICIENCIA ECOLÓGICA : (Pn/Pn nivel anterior)· 100(El ser humano tendríamos un mayor aprovechamiento
energético si nos alimentaramos sólo del primer nivel)
Problema ambiental de la Problema ambiental de la bioacumulaciónbioacumulación
Acumulación de sustancias tóxicas (metales pesados…) por vía digestiva, cutánea, o respiratoria en concentraciones cada vez mayores por no poder ser excretados ni descompuestos
MEDICIÓN: Factor de bioconcentración
PIRÁMIDES ECOLÓGICASPIRÁMIDES ECOLÓGICAS
Representación de la energía,
biomasa o nº de individuos
presentes en cada nivel trófico
TIPOS• De energía
• De Biomasa
• De números
PIRÁMIDES DE ENERGÍAPIRÁMIDES DE ENERGÍA Representan el
contenido energético de cada nivel
Siguen la regla del 10%
Se expresan en:Kj/m2 · año Kcal/m2 · año
PIRÁMIDES DE BIOMASAPIRÁMIDES DE BIOMASA Representa la biomasa
acumulada en cada nivel
Pueden aparecer diferencias entre sus niveles
(ej. Productores/herbívoros)
Pirámides invertidas (Fito y zooplancton)
PIRÁMIDES DE NÚMEROSPIRÁMIDES DE NÚMEROS Representan los
números de individuos de cada nivel
También pueden aparecer invertidas
FACTORES LIMITANTES DE FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN
PRIMARIAPRIMARIALey del mínimo
El crecimiento de una especie vegetal se encuentra limitado por el elemento que
se encuentre en cantidad inferior a la necesaria siendo éste
el factor limitante
Principales factores limitantes
Ausencia de luz Humedad Temperatura Falta de nutrientes
AUSENCIA DE LUZAUSENCIA DE LUZ
ENERGÍA INTERNA ENERGÍAS EXTERNAS0.06-0.09% de la total Movimiento aguasolar para fotosíntesis Variaciones climáticasMaquinaria de labradoSistemas de riegoUso de plaguicidasetc…
PRODUCCIÓN PRIMARIA
AUSENCIA DE LUZAUSENCIA DE LUZ Es un factor limitante sobre todo en los
océanos La propia estructura del aparato
fotosintético limita la creación de producción
Los sistemas de captación se hacen sombra
Hay muchas unidades de captación pero un solo centro de reacción
El aumento de intensidad lumínica aumenta la producción hasta una saturación
creando el “efecto cuello de botella”
FOTOSISTEMA
TEMPERATURA Y TEMPERATURA Y HUMEDADHUMEDAD
Ambos factores influyen positivamente sobre la producción, pero si la temperatura aumenta mucho
afectaría a la producción por desnaturalizar las enzimas fotosintéticas (RUBISCO)
•Si la concentración de O2 y CO2 es la normal en la Atmósfera (21 y 0.003 % respectivamente) se favorece la fotosíntesis•Si el O2 es mayor y el CO2 menor a los valores normales se favorece la fotorrespiración que consume O2, no genera materia orgánica y disminuye así la fotosíntesis hasta un 50%•Ambos procesos influyen también sobre la concentración de agua apareciendo varias adaptaciones•Según hagan uno o ambos procesos las plantas se clasifican en plantas C3 y plantas C4
ADAPTACIONES A LA HUMEDAD Y ADAPTACIONES A LA HUMEDAD Y EFICIENCIA DEL USO DEL AGUAEFICIENCIA DEL USO DEL AGUA
PLANTAS C3 Patata, trigo, cebada… Pierden mucha agua por
los estomas. En climas húmedos no es problema pero en secos para evitarlo cierran estos estomas impidiendo la entrada de CO2, el aumento de O2 en su interior y favoreciendo así la fotorrespiración
Máxima productividad 10-30 t/ha al año
PLANTAS C4 Maíz, azúcar, mijo…
Son aventajados a la hora de hacer la fotosíntesis incluso en climas secos, pues acumulan mucho CO2 evitando la fotorrespiración
Máxima productividad 60-80 t/ha al año
MECANISMO CAM EN C4MECANISMO CAM EN C4 Mecanismo ácido de
las crasuláceas
Fijan el CO2 por la noche
Cierran los estomas por el día aprovechando para hacer la fotosíntesis
FALTA DE NUTRIENTESFALTA DE NUTRIENTES La presencia de moléculas inorgánicas está
supeditada al reciclado de las mismas por los ciclos biogeoquímicos
El CO2 no está limitado, más bien se potencia por el efecto invernadero
Fósforo uno de los principales nutrientes limitantes
Nitrógeno el segundo componente más limitante
Necesidad de energías externas como factor limitante( distancia, vientos, oleaje…)
CICLOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOSBIOGEOQUÍMICOS
Caminos seguidos por la materia que abandona la biosfera hasta otros sistemas y
su posterior retorno a la mismaLos elementos permanecen en los medios por tiempo variable formando los almacenes o reservaEstán ajustados por realimentaciones influyendo otros ciclos como el del agua, la respiración…Es un proceso cerrado pero acelerado por las actividades humanas
CICLOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOSBIOGEOQUÍMICOS Ciclos de
elementos gaseosos (su principal depósito es la atmósfera)
N y C Circulan rápidamente
por los diferentes compartimentos del ciclo
Ciclos de elementos sedimentarios (su principal depósito es la corteza terrestre).
P, y S. Son ciclos lentos y
limitan el desarrollo de los seres vivos
CICLO DEL CARBONOCICLO DEL CARBONOhttp://www.youtube.com/watch?v=CjsQ8vwuLOw&feature=related
CICLO DEL CARBONOCICLO DEL CARBONOCICLO BIOLÓGICO
Intercambios de la biosfera con la atmósfera (Fotosíntesis y respiración)
El carbono en la atmósfera aparece como CO2, CO Y CH4
CICLO BIOGEOQUÍMICO
Intercambios de CO2 entre atmósfera y demás subsistemas
Entre atmósfera e hidrosfera el intercambio es por difusión
En la litosfera aparece en rocas carbonatadas, en silicatos cálcicos, arrecifes o en forma de combustibles fósiles
Potenciado el CO2 atmosférico por la quema de combustibles fósiles
ETAPAS DEL CICLO DEL ETAPAS DEL CICLO DEL CARBONOCARBONO
PASO DEL CO2 DE LA ATMÓSFERA A LA
LITOSFERAControla la trasferencia de CO2 entre la atmósfera, océanos y la tierra
Disolución de CO2 atmosférico para formar ácido carbónico
a. Rocas carbonatadas CO2 +H2O+CaCO3 Ca2+ + 2HCO-3
b. Rocas silicatadas 2CO2+H2O+CaSiO3 Ca2+
+2HCO-3+SiO2
ETAPAS DEL CICLO DEL ETAPAS DEL CICLO DEL CARBONOCARBONO
Transformación del bicarbonato y del calcio por los animales marinos para incorporarlo a sus tejidos
c. En animales 2HCO-3+Ca2+ CaCO3+CO2+H2O
En las reacciones a y c para las rocas carbonatadas el En las reacciones a y c para las rocas carbonatadas el bicarbonato formará parte del esqueleto de organismos bicarbonato formará parte del esqueleto de organismos marinos o volverá como COmarinos o volverá como CO22 a la atmósfera, sin pérdida neta a la atmósfera, sin pérdida neta
En las reacciones b y c para las rocas silicatadas se devuelve a En las reacciones b y c para las rocas silicatadas se devuelve a la atmósfera la mitad de los sustraído suponiendo una la atmósfera la mitad de los sustraído suponiendo una pérdida de COpérdida de CO22 como sumidero como sumidero
ETAPAS DEL CICLO DEL ETAPAS DEL CICLO DEL CARBONOCARBONO
RETORNO DEL CO2 A LA ATMÓSFERA
Liberación de CO2 en erupciones volcánicas de las rocas carbonatas enterradas y fusionadas
CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2
SUMIDEROS FÓSILESAlmacenamiento de combustibles fósiles por materia orgánica sepultada. Supone una rebaja del nivel atmosférico de C
CICLO DEL FÓSFOROCICLO DEL FÓSFOROhttp://www.youtube.com/watch?v=PuCisvis5_o
CARACTERÍSTICAS DEL CICLO CARACTERÍSTICAS DEL CICLO DEL FÓSFORODEL FÓSFORO
La mayor reserva se presenta en los sedimentos oceánicos transportados por corrientes desde rocas fosfatadas o cenizas volcánicas que permiten su incorporación trófica por las plantas.
Los decomponedores puede formar fosfatos también incorporados por las plantas, o flitrarse y llegar al mar donde se depositan largo tiempo en rocas, o son filtrados por plancton entrando en la cadena trófica. Vuelve a la corteza en forma de guano
Constituyente importante en biomoléculas formando estructuras rígidas (por ejemplo en el ADN)
En un recurso no renovable pudiendo permanecer en los ecositemas terrestres unos cien años, y en los acuáticos unos diez años
CICLO DEL FÓSFOROCICLO DEL FÓSFORO Factor limitante en
ecosistemas marinos. Su afloramiento
puede generar importantes bancos de alimento.
Eutrofización en zonas donde se usa guano como aditivo agrícola (intervención antrópica)
CICLO DEL NITRÓGENOCICLO DEL NITRÓGENO http://www.youtube.com/watch?v=
e0UkOb15RAA http://www.youtube.com/watch?v=
e0UkOb15RAA
ETAPAS DEL CICLO DEL ETAPAS DEL CICLO DEL NITRÓGENONITRÓGENO
Necesario en los seres vivos presentándose en menos de 1%
En forma inerte N2
Como NH3 procedente de volcanes y putrefaccionesNOX por fijación atmosférica o erupciones volcánicasNOx reaccionan con el H2O para formar HNO3 que en el suelo forman NO3- para las plantas
Reservas en la Biosfera
Reservas en la Atmósfera
ETAPAS DEL CICLO DEL ETAPAS DEL CICLO DEL NITRÓGENONITRÓGENO
FIJACIÓN N2 DE LA ATMÓSFERA Fijación abiótica: Formación de NOx por
procesos químicos espontáneos, como por acción de los rayos
Fijación biológica: Formación de nitrógeno orgánico aprovechable por las plantas a partir de acción de microrganismosVida libre SimbiosisAzotobacter Rhizobium (leguminosas)Cianobacterias Frankia (hongos)
ETAPAS DEL CICLO DEL ETAPAS DEL CICLO DEL NITRÓGENONITRÓGENO
AMONIFICACIÓNConversión del N presente en restos orgánicos a amoniaco
Hidrólisis de las proteínas y ácidos nucléicos para liberar aminoácidos y bases nitrogenadas
Producción de NH3 por desaminación que es la excreción del exceso de N en microorganismos
Se menciona al Rhizobium como claro ejemplo en esta fase
ETAPAS DEL CICLO DEL ETAPAS DEL CICLO DEL NITRÓGENONITRÓGENO
NITRIFICACIÓNOxidación biológica del amonio a Nitrato por microorganismos aerobios
NitritaciónNitritación: partiendo del NH3 se obtiene NO2-
(producido por Nitrosomonas o Nitrosococcus) NitrataciónNitratación: partiendo del NO2
- se obtiene NO3-
(producido por Nitrobacter)
La amonificación y la Nitrificación obtienen Nitrógeno asimilable por las plantas, por lo que se puede introducir en las cadenas tróficas
ETAPAS DEL CICLO DEL ETAPAS DEL CICLO DEL NITRÓGENONITRÓGENO
DESNITRIFICACIÓNDESNITRIFICACIÓN
Transformación de nitratos a N2 que se devuelve a la Atmósfera
Se produce por bacterias anaerobias como algunas Pseudomonas
En esta fase se cierra el ciclo del Nitrógeno
INTERVENCIONES HUMANAS INTERVENCIONES HUMANAS EN EL CICLO DEL NITRÓGENOEN EL CICLO DEL NITRÓGENO Fenómenos de combustión O2+N2 A la atmósfera NO2+H2O Lluvia
ácida Fijación industrial Paso de N2 a NH3 y fertilizantes Abonado excesivo Liberación de N2O a la atmósfera Excesiva fertilización y empobrecimiento del suelo Contaminación por eutrofización (NO3
- contaminante muy común en aguas subterráneas)
CICLO DEL AZUFREEN LA BIOSFERA
Plantas, bacterias y hongos los incorporan como SO4
-
SO4-
Reducción a SO3
Reducción a H2S (Utilizable por seres vivos)
Liberación a la atmósfera y otros sistemas tras morir
EN LA HIDROSFERA En lagos y mares profundos
sedimentación como yesos tras la evaporación del agua
En océanos y pantanos sin O2
SO4-
Reducción a H2S por bacterias sulfatorreductoras
Formación Oxidación ade piritas o sulfatos porSedimentos foto o Arcillosos quimiosiíntesis