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UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MEXICO
CAMPUS HERMOSILLO
PREPARATORIA UVM
Elaboración de material de consulta
Davisela Guadalupe Sierras Canchola
TALLER DE AMBIENTES DE APRENDIZAJE VIRTUAL
Alejandra Munguía
Hermosillo, sonora Septiembre 11, 2011
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Flujo de masa y energía
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Contenido
Flujo de masa y energía
Introducción………………………………………………………………………………….4
1.1. Ciclos biogeoquímicos……………………………………………………………….5
1.1.1. Ciclos gaseosos……………………………………………………………………..6
1.1.1.1 Ciclo del Nitrógeno………………………………………………………………..6
1.1.1.2. Ciclo del carbono………………………………………………………………….8
1.1.1.3. Ciclo del agua………………………………………………………………………9
1.1.2 Ciclos sedimentarios………………………………………………………………..11
1.1.2.1. Ciclo del azufre…………………………………………………………………….11
1.1.2.2. Ciclo del fósforo…………………………………………………………………..12
1.2. Cadena alimenticia……………………………………………………………………13
1.2.1. Productores primarios……………………………………………………………..14
1.2.2. Consumidores primarios…………………………………………………………..15
1.2.3. Consumidores secundarios……………………………………………………….15
1.2.4. Consumidores terciarios…………………………………………………………..16
1.2.5. Carroñeros……………………………………………………………………………16
1.2.6. Descomponedores…………………………………………………………………..17
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Flujo de masa y energía
Introducción
El flujo de energía ingresa a los sistemas a través de los productores y los abandona a
distintos niveles tróficos en forma de calor. En los sistemas comunitarios la materia
sigue las mismas vías por las cuales fluye la energía; sin embargo, a diferencia de
esta, la materia o los compuestos inorgánicos que componen la materia viva, fluyen
en forma cíclica en el ecosistema.
Entre las sustancias inorgánicas que forman parte de los organismos vivos, las más
significativas son: agua. Carbono, nitrógeno, fósforo, potasio, sulfuro, calcio,
magnesio, sodio, cloro y algunos minerales, como fierro, cobalto, molibdeno y zinc.
Todos los organismos requieren un aporte constante de energía para remplazar la que
se gasta en el metabolismo, el crecimiento y la reproducción. Así se les puede
considerar como procesadores de energía y materiales, que obtienen de dos fuentes
principales.
En general, el flujo de estas sustancias en el ecosistema se mueve en los distintos
niveles tróficos, pero además fluyen a través de los sistemas geofísicos: la atmósfera,
la corteza terrestre y las fuentes de agua.
Así, debido a que este movimiento atraviesa tanto el componente biótico como el
abiótico del ecosistema, los ciclos que describen estas sustancias son conocidos
como ciclos biogeoquímicos.
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Ecología y medio ambiente 1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos
Ciclos biogeoquímicos
La materia se compone de diferentes elementos químicos, algunos de ellos
indispensables para los seres vivos porque constituyen parte del protoplasma. En la
biosfera estos elementos circulan a lo largo de trayectorias mayores y menores
conocidas con el nombre de ciclos biogeoquímicos.
Los ciclos biogeoquímicos hacen posible que los elementos estén disponibles para
utilizarse una y otra vez, transformándolos y haciéndolos recircular a través de la
biosfera. Estos ciclos describen el camino o caminos que estas sustancias siguen
desde los depósitos o reservas naturales (hidrósfera o atmósfera) hasta los
organismos y éstos nuevamente al depósito o reserva.
Los ciclos se clasifican bajo diferentes puntos de vista: por su función, por el estado
físico de los materiales, por su localización etc.
Desde el punto de vista ecológico, los ciclos biogeoquímicos se clasifican como se
muestra.
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Ecología y medio ambiente 1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.1. Ciclos gaseosos 1.1.1.1. Ciclo del nitrógeno 1.1.1.2. Ciclo del carbono 1.1.1.3. Ciclo del agua
Ciclos gaseosos Ciclo del Nitrógeno
El nitrógeno constituye el 78% del volumen de la troposfera, que es la capa
mas densa de la atmósfera del planeta; a pesar de esta gran abundancia, los seres
vivos no utilizan el nitrógeno en forma gaseosa, porque antes de aprovecharlo es
necesario transformarlo en nitratos solubles. Esta transformación la realizan bacterias
fijadoras de nitrógeno en las raíces de cierto tipo de vegetales: las leguminosas. De
esta manera, los nitritos pasan al suelo y están disponibles para que los absorban las
plantas a través de su raíz. Las plantas convierten los nitratos en aminoácidos, que
son la estructura primaria de las proteínas.
Las proteínas vegetales pueden seguir uno de dos caminos: transformarse en
proteínas animales o, al morir el vegeta, transformarse en compuestos de amonio y
otros productos de desecho no nitrogenados. Siguiendo el primer camino, el de las
proteínas animales, éstas se transforman en urea, amoniaco o ácido úrico, sobre los
cuales actúan las nitritobacterias o las bacterias putrificantes para producir nitratos o
nitrógeno molecular con los que, finalmente , se reinicia el ciclo. Al morir el animal,
actúan las bacterias putrificantes que producen amonio.
En el otro caso, de los vegetales muertos, los compuestos se amonio son
atacados por otras bacterias que producen nitrógeno atmosférico (N2), si son del tipo
desnitrificante, o nitratos si actúan las nitritobacterias.
Dentro del ciclo del nitrógeno es muy importante la participación de las
bacterias, como se aprecia en el siguiente cuadro:
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Ecología y medio ambiente
1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.1. Ciclos gaseosos 1.1.1.1. Ciclo del nitrógeno 1.1.1.2. Ciclo del carbono 1.1.1.3. Ciclo del agua
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Ecología y medio ambiente
1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.1. Ciclos gaseosos 1.1.1.1. Ciclo del nitrógeno 1.1.1.2. Ciclo del carbono 1.1.1.3. Ciclo del agua
Ciclo del carbono
El metabolismo de los seres vivos requiere de muchos compuestos para su desarrollo
y contienen un importante elemento: el carbono.
En la atmósfera se encuentran el bióxido de carbono (CO2) y la proporción que
representa es sostenida por plantas y animales porque es un producto final de la
respiración. Otro aspecto importante, es que este gas es empleado por los vegetales
en la producción de carbohidratos. Estos últimos siguen diferentes trayectorias.
a) Un animal los consume al alimentarse de plantas con el propósito de
obtener energía. Así libera el CO2 que pasa de nueva cuenta a la
atmósfera.
b) Al morir las plantas y los animales se descomponen las sustancias
orgánicas de que están formados, como los carbohidratos, las grasas y las
proteínas.
c) Si las plantas quedan sepultadas y sometidas a grandes presiones forman
carbón, el cual dependiendo de la cantidad de compuestos volátiles se
denomina turba, lignito o antracita que al ser empleados como
combustibles o por influencias climáticas, regresa a la atmósfera como
CO2.
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Ecología y medio ambiente 1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.1. Ciclos gaseosos 1.1.1.1. Ciclo del nitrógeno 1.1.1.2. Ciclo del carbono 1.1.1.3. Ciclo del agua
Ciclo del agua
Éste es el ciclo más común para todos, puesto que resulta evidente su circulación
permanente ante nuestros ojos. Se define como el proceso de cambio en la ubicación
y el estado físico del agua en el medio, incluyendo a los seres vivos. Son
consideraciones básicas de este ciclo:
a) La radiación solar promueve la evaporación
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Ecología y medio ambiente 1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.1. Ciclos gaseosos 1.1.1.1. Ciclo del nitrógeno 1.1.1.2. Ciclo del carbono 1.1.1.3. Ciclo del agua
b) El enfriamiento de las masas de aire húmedo promueven la condensación del
vapor del agua, acción contraria a la evaporación, es decir, el vapor se
transforma en gotas (estado liquido).
c) Para que el agua retorne a la atmósfera, puede seguir infinidad de rutas, en las
cuales participan, obviamente, los organismos:
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Ecología y medio ambiente
1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.2. Ciclos sedimentarios 1.1.2.1. Ciclo del Azufre 1.1.2.2. Ciclo del Fósforo
Ciclos Sedimentarios
Ciclo del azufre
El ciclo del azufre es de particular interés, porque a pesar de ser un elemento menor
en sus estados de oxidación le permiten combinarse con muy variados cationes bajo
condiciones fisicoquímicas contrastantes. Además, este elemento cumple un
importante papel en el metabolismo de las plantas y los animales: forma parte de los
aminoácidos, cistina y cisteína.
En la corteza terrestre, el azufre se puede encontrar en diferentes combinaciones:
a) Sulfuros (combinados con metales calcófilos y siderófilos) presentes en las
rocas ígneas.
b) Sulfatos (combinado con múltiples cationes) comunes en los depósitos
sedimentarios en fondos lacustres y marinos por descomposición incompleta
de materia orgánica.
c) Estado nativo, se presenta en forma de moléculas unidas; esta relacionado con
emanaciones de carácter volcánico y es producido por la oxidación
incompleta del ion sulfuros. También participa en la reducción bacteriana de los
sulfatos.
Este ciclo y el del nitrógeno son afectados cada vez más debido a la contaminación
de la atmosfera. Esto ocurre porque los óxidos de nitrógeno y azufre circulan
rápidamente y en concentraciones pequeñas, pero la combustión de petróleo (o sus
derivados) y del carbón han incrementado su concentración. Este elemento se
caracteriza porque implica las fases liquida, gaseosa y sólida de la superficie terrestre.
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Ecología y medio ambiente
1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.2. Ciclos sedimentarios 1.1.2.1. Ciclo del Azufre 1.1.2.2. Ciclo del Fósforo
Fueron mencionadas unas bacterias, estas producen acciones como la de tranformar
H2S –S – SO4 y existen otras que reducen los sulfatos (SO4 – H2S) denominadas
“desulfuvibriones” y otras más pequeñas que oxidan los sulfuros (tiobacilos).
En el proceso de la producción primaria se incorpora el azufre en forma de sulfatos y,
en contraste, la excreción de los animales aporta sulfatos al ciclo.
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Ecología y medio ambiente 1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.2. Ciclos sedimentarios 1.1.2.1. Ciclo del Azufre 1.1.2.2. Ciclo del Fósforo
Ciclo del fósforo
El ciclo de este elemento tiene como deposito las rocas de la corteza terrestre, de la
cual es liberado para incorporarse en los ecosistemas, aunque una buena parte se
aloja en los sedimentos de aguas profundas y poco profundas. El fósforo biológico
forma parte del esqueleto de los animales vertebrados (como hidroxifosfatos) y solo
una pequeña cantidad participa en el citoplasma celular; las plantas superiores
contienen tres decimas del 1% de su materia seca en fósforo, proporción similar al
contenido de las rocas ígneas. Los animales herbívoros tienen un porcentaje mucho
más alto de fósforo en su esqueleto (20%) y también lo eliminan a gran velocidad
mediante las heces fecales; así; éste retorna al suelo para después sedimentarse en
lagos y en los mares; en éstos últimos se forman nódulos con una alta proporción de
P2O5 (30%).
Un epiciclo de este elemento esta vinculado con las aves marinas que depositan
gradualmente guano en los litorales, en los cuales se alimentan básicamente peces.
Desafortunadamente, la participación del hombre ha provocado alteraciones al
acelerar las pérdidas de fósforo por la excesiva extracción de roca fosfatada de origen
geológico antiguo; también las corrientes marinas ascendentes han hecho aflorar
sedimentos ricos en fósforo orgánico.
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Ecología y medio ambiente
1. Flujo de masa y energía 1.1. Ciclos biogeoquímicos 1.1.2. Ciclos sedimentarios 1.1.2.1. Ciclo del Azufre 1.1.2.2. Ciclo del Fósforo
La conclusión fundamental des estudio de los ciclos biogeoquímicos, es que éstos
forman el gran ciclo geoquímico realizado entre los océanos y las masas
continentales. Este gran proceso cíclico permite mantener la salinidad marina y un
intercambio de elementos entre el mar y tierra con la participación innegable de la
atmósfera: por ejemplo los vientos de procedencia marina transportan una parte
significativa del sodio que las corrientes fluviales proporcionan a las aguas oceánicas.
Así, la integración de las interfases agua, tierra y aire de la superficie terrestre
funcionan como uno solo y gran ecosistema, denominado biosfera.
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Ecología y medio ambiente 1. Flujo de masa y energía 1.2. Cadena alimenticia
La cadena alimenticia es la serie de transformaciones que sufren la energía y la
materia al pasar a través de los organismos que integran una comunidad; en ella se
indica quién se come a quién.
Para analizarla, comencemos con los vegetales, los cuales son capaces de producir
alimentos a partir de compuestos inorgánicos simples mediante la acción del sol; de
aquí la materia y energía pasan a los animales; cuando éstos mueren la materia
orgánica es descompuesta en elementos sencillos mediante la acción de los
desintegradores, lo mismo sucede con los vegetales, cerrado el ciclo.
Así cada eslabón de una cadena alimenticia representa un nivel diferente de
alimentación, el cual se denomina nivel trófico. Consecuentemente, cuando los
organismos comparten la misma fuente de energía, se dice que se localizan en el
mismo nivel trófico. Por ejemplo, los vegetales que son la base de la comunidad,
ocupan el primer nivel trófico, mientras que una oveja ocuparía el segundo nivel
trófico, considerando que se trata de un herbívoro; un jaguar, por el contrario,
ocuparía un tercer nivel trófico, puesto que se alimenta de carne; los organismos que
se alimentan de carnívoros, como es el caso de los buites ocuparían un cuarto nivel,
hasta llegar a los desintegradores que cerrarán el ciclo. Como se puede observar, el
nivel trófico indica el número o pasos que ha de seguir la energía (alimento), antes de
su llegada a un organismo.
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Ecología y medio ambiente 1. Flujo de masa y energía 1.2. Cadena alimenticia 1.2.1. Productores primarios
Productores primarios
Autótrofos, que utilizando la energía solar (fotosíntesis) o reacciones químicas
minerales (quimio síntesis) obtienen la energía necesaria para fabricar materia
orgánica a partir de nutrientes inorgánicos. Ejemplo: Plantas.
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Ecología y medio ambiente 1. Flujo de masa y energía 1.2. Cadena alimenticia 1.2.2. Consumidores primarios 1.2.3. Consumidores secundarios
Consumidores primarios Son los herbívoros, es decir, los que se alimentan directamente de productores
primarios, autótrofos, tales como plantas y algas. Ejemplos: vacas, insectos, caballos,
cebras, antílopes, gacelas.
Consumidores Secundarios
Son carnívoros, que se alimentan directamente de consumidores primarios
(herbívoros). Ejemplo: León, puma.
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Ecología y medio ambiente
1. Flujo de masa y energía 1.2. Cadena alimenticia 1.2.3. Consumidores terciarios 1.2.4. Carroñeros
Consumidores terciarios
Se alimentan de consumidores secundarios. Son animales superdepredadores, que
son aquella especie animal carnívora que prevalece sobre las otras especies en un
bioma, o ecosistema como las orcas, los tiburones. Tanto los consumidores
secundarios como los consumidores terciarios son animales carnívoros.
Carroñeros
Los animales carroñeros se alimentan de otros animales y también de los restos de
animales muertos. Los buitres son carroñeros; tienen una vista casi perfecta: pueden
ver restos de animales muertos a mucha distancia. Ejemplos. Buitres.
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Ecología y medio ambiente
1. Flujo de masa y energía 1.2. Cadena alimenticia 1.2.5. Descomponedores
Descomponedores
Referencias bibliográficas
González A., Fernández R., Medina L., (2001). Ecología. (3ra. Edición). México:
Editorial McGrawhill.
Gutiérrez B., Rodríguez S., Fernández F., (2010) Ecología y medio ambiente. (3ra
edición) México: Editorial Santillana.