Biosfera resumen

 

LA BIOSFERA.

1. EL ECOSISTEMA: COMPONENTES E INTERRELACIONES.

Conceptos:

Biosfera: Lugar físico donde se desarrolla toda la vida que existe en la Tierra en los tres subsistemas de estudio de las Ciencias de la Tierra (atmósfera, hidrosfera y geosfera) (desde el subsuelo hasta la atmósfera pasando por  la hidrosfera).
Límites difíciles de precisar: bacterias a 2.800 m de profundidad bajo tierra, aves a 9 km de altura y hay una enorme diversidad en las profundidades del océano.

En la actualidad: “Conjunto de los seres vivos que pueblan nuestro planeta”( ya no hace referencia al marco físico donde viven sino que se asemeja más al término biomasa “viva”).

Ecosistema: Sistema dinámico formado por el conjunto de factores bióticos, abióticos y las interrelaciones (intercambios de energía y materia) entre ellos.

Ecosfera: Sistema cerrado en equilibrio dinámico formado por los seres vivos, el conjunto de subecosistemas planetarios y su relación de intercambios de energía y materia entre ellos. Ecosfera = Geosfera + Atmósfera + Hidrosfera + Biosfera.
(Ver Gaia y las teorías de Lovelook)

COMPONENTES DE UN ECOSISTEMA.

Un ecosistema se compone de un marco físico-químico (biotopo: factores abióticos) donde se localiza y desarrolla la vida y los organismos que se están en él (biocenosis: factores bióticos). Ecosistema = Biotopo + Biocenosis

El límite de un ecosistema se denomina ecotono.

• Factores abióticos:

 

• Humedad, temperatura, presión, componentes de las rocas, pH, viento, gases (O2, CO2…), contaminación, sonidos, radiaciones, etc. (Cualquier cosa que no sea seres vivos).

• Factores bióticos: (Componentes de la biocenosis)

 

• Población: es el conjunto de seres vivos de la misma especie que habita en un lugar y en un momento determinado.
• Comunidad (biocenosis): es un conjunto de poblaciones que habitan en un lugar y momento determinado.

INTERRELACIONES DE LOS COMPONENTES DE UN ECOSISTEMA.

• Relaciones intraespecíficas: interacciones que suceden en una población (entre organismos de la misma especie):

 

• Competencia: lucha e inhibición entre organismos de la misma especie por un recurso común escaso (alimento, luz, espacio, liderazgo-hembras…)

• Cooperación: colaboración (agrupamiento) puntual o permanente (familias, gregarismos-grupos, sociedades y colonias) para conseguir un beneficio mutuo (defensa, caza, territorio, reproducción, migración,  cuidado de crías…).

 

• Altruismo: comportamiento que aumenta las probabilidades de supervivencia del resto de la población a costa de una reducción de las propias (abejas…

• Relaciones interespecífica: interacciones que suceden en una comunidad (entre organismos de diferente especie)

 

• Neutralismo: ninguna de las dos especies  sale beneficiada ni perjudicada (águila culebrera y lechuza). Aquí se puede establecer un bucle positivo de relaciones causales negativas mutuas:

 

 

 

• Competencia: lucha e inhibición entre organismos de diferente especie por un recurso común escaso interacción entre organismos de diferente especie por un recurso común escaso (leones y hienas).

 

• Mutualismo (cooperación) : es la relación no permanente ni obligatoria de la que ambas salen beneficiadas (desparasitadores).

• Simbiosis: es la relación permanente y obligatoria de la que ambas salen beneficiadas (los organismos no pueden vivir libremente del otro: líquenes hongo-alga, micorrizas hongo-raíz,Rizobium-leguminosas, flora intestinal…)

 

• Comensalismo o Inquilinismo: el organismo llamado comensal se beneficia de su relación con otro organismo, al cual ni perjudica ni beneficia (tiburón y pez rémora, carroñeros, garcillas bueyeras…)

• Antibiosis o amensalismo: relación efímera en la que una población se ve inhibida por otra que no obtiene beneficio ni perjuicio (mareas rojas, Penicillium…)

 

• Parasitismo: interacción donde un organismo se beneficia (parásito) y el otro sale perjudicado (hospedador). Generalmente no produce la muerte del otro organismo y suele ser de mucho menor tamaño y estar en mayor número. Pueden ser ectoparásitos (fuera del organismo: garrapata, chinches) y endoparásitos (dentro del organismo: solitaria, tenia, el Plasmodium malariae como  protozoocausante de la malaria…).

• Depredación: sólo una especie sale beneficiada (depredador) al acabar con la otra que le sirve de fuente de alimentación (presa) Ambas poblaciones se regulan mutuamente. En consumidores 1º se da el herbivorismo que puede acabar con el productor o solamente con parte de él (ramoneo de los ciervos).

 

LOS BIOMAS TERRESTRES Y ACUATICOS.

Los biomas son unidades ecológicas de gran tamaño (escala mundial) con una fauna y flora con características determinadas por el clima. Corresponderían con el estado clímax de un ecosistema para un régimen de humedad  y temperatura determinados mantenidos en el tiempo.

Aunque, en su sentido más genuino los biomas se atribuyen a zonas terrestres, también se puede hablar de biomas acuáticos (marinos y dulceacuícolas) y biomas de interfase en los que confluyen ambientes diversos como el terrestre y dulceacuícola o el marino y dulceacuícola (zona costera, marismas, estuarios…). Aquí solo nombraremos ejemplos de biomas terrestres y marinos.

• Ejemplos de biomas terrestres:

 

• Pluvisilva, bosque tropical, selva: gran densidad de vegetación estratificada por incidencia de luz (altas temperatura y humedad superior a 2000mm/año). Escaso sotobosque con suelo laterizado y abundantes especies vegetales epífitas y parásitas (variaciones regionales: selvas monzónicas, junglas, manglares o bosques salados, laurisilva). Artrópodos, vertebrados y especies arborícolas estratificadas con la vegetación (grados de insolación).

• Sabana: herbáceas (gramíneas) matorrales, arbustos y arbolado xerófito disperso, con una estación seca y otra lluviosa y un clima cálido. Hervívoros y sus depredadores (antílopes-leones), aves no voladoras (avestruz) e insectos sociales (hormigas).

 

• Estepas (en Asia, praderas en norte América y pampas en Sudamérica) con herbáceas (gramíneas) y arbolado disperso. Lluvias  en una época del año y el resto seco con temperaturas moderadas-frías en el interior de los continentes. Hervívoros y sus depredadores (caballos-lobos), roedores y reptiles.

• Desierto con escasas precipitaciones y con Tª extremas (menos de 100mm/año). Dos tipos, cálido y frío. Escasa vegetación y fauna adaptada (suculencia, ciclos cortos, tamaño pequeño, orina concentrada, vida subterránea…).

 

• Bosque mediterráneo (esclerófilo): formación vegetal a 30-40º de latitud (característica de la zona central de nuestro país) con inviernos lluviosos y veranos secos y la flora adaptada al período de sequía. Se les conoce también como Los Bosques Siempre Verdes ya que las formas arbóreas no presentan una perdida de sus hojas durante la estación desfavorableademás. Gruesas cutículas (esclerofilia) y pilosidad en el envés que evita la perdida del agua durante la época de sequedad.  Encinas, alcornoques, pinos, robles y eucaliptos con abundante matorral. El aclarado genera dehesas. Lince, lobo, ciervo, conejo. Abundan las rapaces y aves insectívoras y granívoras y los reptiles.

• Bosque templado de hoja caduca, climas templados con cambios estacionales pero lluvias repartidas a lo largo del año con parada fisiológica en invierno y producción de manto de hojarasca de rápida descomposición y abundante fauna edáfica. Haya, roble, arce, castaños, nogales. Ciervo, corzo, lobo, oso. Aves que anidan en los troncos.

 

• Taiga: latitudes altas (y altitudes). Inviernos largos y fríos con veranos templados que permiten el crecimiento. Bosques perennifolios de poca diversidad. La descomposición de las acículas de las coníferas acidifica el suelo. Pinos, abetos. Oso, zorro, ardilla, castor. Insectos adaptados al ciclo corto del verano.

• Tundra: frío como factor limitante, suelo permanentemente congelado permafrost que se encharca en verano. La flora aparece en verano cuando se derriten los hielos durante un tiempo muy breve (menos de tres meses al año). Musgos y líquenes más al norte y abedules y brezos más al sur. Reno, zorro ártico. Aves migratorias que llegan para criar alimentándose de insectos de ciclo corto.

 

• Ejemplos de biomas marinos:

• De acuerdo con una zonificación vertical distinguimos:

 

• Organismos pelágicos:

• Plancton: organismos micro y macroscópicos autótrofo o heterótrofo que flota pasivamente en el agua en superficie o escasa profundidad.

 

• Necton: organismos macroscópicos que  se desplazan actívamente en ella.

• Organismos bentónicos:

 

• Bentos: organismos que  se se encuentran fijos en el fondo o se mueven sobre él.

 

• En cuanto a una zonificación horizontal distinguimos dos regiones que desarrollan dos biomas diferentes:

• Nerítico: de plataforma continental hasta 200m de profundidad, penetra la luz y está muy oxigenado por las olas.

 

• Pelágico: de alta mar: incluye desde zonas donde llega la luz (hasta 200m) hasta zonas por debajo incluso de 2.000m con ausencia de luz y muy altas presiones con organismos escasos y adaptados a las altas presiones si viven en zonas profundas.

3. EJEMPLOS DE ALGUNOS ECOSISTEMAS SIGNIFICATIVOS DE LA REGION DE MURCIA. ANEXOS.

3.1 Ecosistema litoral: Calblanque.
3.2 Ecosistema de bosque medio: Sierra Espuña.
3.3 Ecosistema desértico: Gevas.
3.4 Ecosistema de río: Cañaverosa.
3.5 Ecosistema de rambla: Rambla Salada.
3.6 Ecosistema de estepa: el Altiplano.

4. RELACIONES TRÓFICAS ENTRE LOS ORGANISMOS DE LOS ECOSISTEMAS.

Relaciones tróficas: (trofos= alimento en griego) Son aquellas relaciones entre los miembros de un ecosistema por las cuales que se establece el flujo de energía entre ellos. Sirven para obtener materia y energía, ya que cuando un ser vivo se alimenta de otro obtiene materia orgánica que posee energía almacenada en sus enlaces.

Se pueden expresar o representar en:

• Cadenas tróficas: Relación secuencial que se establece en un ecosistema en el flujo de materia y energía.

 

• Redes tróficas: relaciones entrelazadas de cadenas tróficas en las que cada eslabón de la cadena se puede relacionar con los de otras cadenas al mismo nivel trófico.

• Pirámides tróficas: establecimiento de categorías generales reuniendo a todos los seres vivos con hábitos alimenticios similares (P, C1, C2, C3…) representándolos gráficamente con rectángulos superpuestos formando una pirámide escalonada.

 

• Niveles tróficos: Son las agrupaciones de seres vivos de acuerdo con unos similares requerimientos nutritivos y que, por tanto, comparten una misma forma de aprovechamiento de los recursos energéticos, que tienen una fuente de alimento semejante.

• Productores (P): organismos autótrofos:

 

• Fotosintéticos (principalmente) (fórmula de la fotosíntesis-respiración): Vegetales, algas y muchas especies de bacterias.
• Quimiosintéticos: que oxidan materia inorgánica reducida como las bacterias del azufre, obteniendo la energía necesaria para fabricar su materia orgánica.

• Consumidores: heterótrofos (obtienen la materia y energía de otros seres vivos o de sus restos).

 

• Según el nivel que utilizan para la obtención de materia y energía se clasifican en:

• Primarios o herbívoros: de primer orden. Obtienen la materia y la energía de los productores.

 

• Secundarios o carnívoros: de segundo orden. Obtienen la materia y energía de consumidores primarios.

• Terciarios o súper carnívoros: de tercer orden. Obtienen la materia y energía de consumidores secundarios.

 

• Cuaternarios o superiores: Obtienen la materia y energía de consumidores del anterior nivel trófico.

• Omnívoros o diversívoros: Obtienen la materia y energía de de varios niveles y subniveles tróficos actuando en cada uno de ellos de acuerdo con la clasificación anterior.

 

• Otros consumidores obtienen su materia y energía de:

• Carroñeros o necrófagos: cadáveres recientes o poco modificados. Buitre.
• Detritívoros o saprófagos: restos orgánicos claramente alterados. Lombriz de tierra, algunas larvas de escarabajos, ácaros y protozoos.
• Coprófagos: excrementos animales.Escarabajo estercolero.

 

• Descomponedores: Hongos y bacterias. Obtienen la materia y energía de todos los niveles y la transforman en materia inorgánica cerrando así el ciclo de la materia que ya puede volver a ser usada por los productores. La materia orgánica es biodegradable por estos organismos y proviene de todos los niveles tróficos .

 

5. BIOMASA, PRODUCCIÓN Y PRODUCTIVIDAD BIOLOGICA.

Biomasa (B): cantidad de masa (o energía que equivale a la energía almacenada en los enlaces químicos) por unidad de superficie o volumen de un ecosistema. Se expresa en peso seco o fresco como g/m2(o g/m2) y sus múltiplos: t/km2, kg/ha, etc. En forma de energía se expresa en kcal/ m2. podemos distinguir biomasa primaria producida por productores, secundaria por los consumidores y residual generada por el hombre (serrín, rastrojos, R.S.U, etc).                                      B = Bf-Bi

Producción (P): incremento de la biomasa de un ecosistema o uno de sus niveles tróficos por unidad de tiempo. Es una medida de la energía que consigue acumular un ecosistema o nivel trófico por unidad de superficie o volumen  y por unidad de tiempo. Cantidad de biomasa fabricada por unidad de tiempo. Se expresa en g/ m2/año, mg/ cm2/día, t/km2/año, kg/ha/año, etc.

                                                            B / t

• Producción primaria: biomasa fabricada por los productores por unidad de tiempo. Se habla de:

• Producción primaria bruta (PPB): cantidad total de biomasa fabricada por los productores por unidad de tiempo.
• Producción primaria neta (PPN), la PPB cantidad de biomasa que queda disponible para el siguiente nivel trófico. La energía gastada en la respiración celular no pasa al siguiente nivel trófico: PPN= PPB – Respiración

“Energía solar  asimilada por el vegetal = Energía química para el crecimiento orgánico y la reproducción + Energía calorífica disipada en el proceso de respiración celular”.

Hay un conjunto de factores limitantes que regulan la producción primaria y que marcan unos umbrales mínimos (a veces también máximos) de la producción de los autótrofos. Se destacan cinco: Luz, agua, temperatura, dióxido de carbono y nutrientes (nitrógeno y fósforo).

• Producción secundaria: es la cantidad de biomasa fijada por el resto de niveles tróficos (consumidores y descomponedores) por unidad de tiempo.Es la energía  o materia orgánica) obtenida por unidad de superficie o volumen por unidad de tiempo en los heterótrofos). También se habla de(PSB) y neta (PSN): PSN= PSB – Respiración.

Productividad (p): índice que compara la producción en dos ecosistemas. Es la relación entre la producción de un ecosistema o nivel y la biomasa de éste por unidad de superficie. Suele expresarse en tantos por uno tanto o tantos por ciento(x100) y nos da idea de la velocidad de renovación de la biomasa.     p = P/B (x 100). Podemos definir:

• Productividad bruta:                                         pB = PB/B
• Productividad neta o tasa de renovación: Nos indica la velocidad de renovación de la biomasa de un ecosistema.                                                   pN = r = PN/B

 

Tiempo de renovación:                                                  Tr = B/PN

Ejemplo dos ecosistemas que tienen la misma producción por año (producen la misma cantidad de materia orgánica), pero uno tiene mucha menos biomasa (un arrozal por ejemplo) que el otro (un bosque por ejemplo), entonces el primero es mucho más productivo que el segundo (en los arrozales casi toda la biomasa es tejido verde que hace la fotosíntesis, pero en un bosque hay troncos y ramas con madera marrón que no son productivos porque no hacen la fotosíntesis).

Ejemplo de la productividad de tres ecosistemas:

• Pastizal: constituido por plantas herbáceas de ciclo muy corto. Al comienzo de la primavera el crecimiento parte de cero y el incremento de biomasa es la biomasa del sistema. Se acerca a una p=1 (100%). A lo largo de la primavera y el verano las plantas de ciclo muy corto se multiplican y crecen manteniendo una producción alta pero inferior a la biomasa total (p<1).

 

• Cultivo: contando el tiempo desde justo antes de la siembra hasta justo después de la cosecha el incremento de biomasa es siempre la cantidad de biomasa total.

La producción es del 100% (p = 1).

• Bosque maduro: presenta una gran cantidad de biomasa que se mantiene constante en el tiempo. Toda la energía que llega se emplea en su automantenimiento y no se produce un aumento de materia ni energía. Cada nivel trófico consume la producción neta del nivel precedente sin variar la biomasa. El incremento de biomasa en el tiempo es cero y por tanto la productividad también (p = 0).

 

Ejercicio de selectividad, Junio 2008.

Campo:
PBB=4g C/m2/día
B=2000g C/m2
Gasto (mantenimiento)= 2g C/m2/día

PPN= PPB – gasto; 4-2=2 C/m2/día
pB = PBB/B; 4/2000= (x100) 0,2%
pN = r = PBN/B; 2/2000= (x100) 0,1%

Arbolada:
PBB=6 C/m2/día
B=12000g C/m2
Gasto (respiración)= 5g C/m2 (se supone que diaria)

PPN= PPB – gasto respiratorio; 6-5=1 C/m2/día
pB = PBB/B; 6/12000= (x100) 0,05%
pN = r = PBN/B; 1/12000= (x100) 0,008%
Eficiencia: representa el rendimiento de un nivel trófico o sistema mediante la relación entradas/salidas ( si es en porcentaje: x 100)

Energía asimilada (PB)/energía incidente. En  productores: (< 2%)
PN/PB mide la energía incorporada a cada nivel o al ecosistema respecto a la total asimilada. Mide el porcentaje de energía perdida por la respiración.
PN/alimento total ingerido (engorde/alimento ingerido). Es un valor de rentabilidad.

Eficiencia ecológica: fracción de PN que se convierte en PN del siguiente nivel.

(PN/PNnivel anterior)x100

La eficiencia energética en la alimentación humana es mayor si proviene de los productores (vegetales…) que si viene de los consumidores 1º(vacas…). Más energía y mejor aprovechada para más personas. (ver regla del 10%).

6. REPRESENTACIÓN GRÁFICA E INTERPRETACIÓN DE LAS RELACIONES TRÓFICAS DE UN ECOSISTEMA.

Flujo de energía en los ecosistemas. Regla del 10 %

No toda la materia/energía de un nivel trófico se  consume por el siguiente.
No toda la materia/energía consumida por el siguiente nivel se conserva para el nivel siguiente sino que se pierde energía en excreciones (heces) y respiración (la respiración celular produce la energía necesaria para el crecimiento, el mantenimiento y la regeneración de tejidos y la reproducción).

Se conoce como regla del 10% la cantidad media de energía disponible (útil) de un nivel trófico al siguiente dentro de un ecosistema.
Si un productor vegetal obtiene del sol 100 unidades de energía, las partes no consumidas por los herbívoros y las partes no asimiladas (hasta un 90% en heces) es
energía que no pasa al siguiente nivel trófico (aunque sí pasa a los descomponedores), además  de la energía consumida en la respiración tampoco pasará al siguiente nivel trófico sino que se disipará en forma de calor y como productos de excreción.
El herbívoro solo tendrá disponible para consumir un 10 % de media de la energía del sol que captó la planta para el siguiente nivel, y así sucesivamente (los carnívoros son más eficientes y pueden asimilar una media del 30-40% de lo que consumen).
Esto explica porqué en las pirámides de energía los sucesivos eslabones tienden a ser 10 veces más pequeños y a diferencia de las pirámides de individuos o de biomasa nunca son invertidas.

De acuerdo con esta regla está condicionado un número máximo de eslabones  a la transferencia  de la  energía. Un eslabón más supondría no disponer de energía suficiente para su mantenimiento y reproducción. Ni  en cadenas ni en redes suele  haber  más  de cuatro  o cinco niveles tróficos.

 

Pirámides tróficas o ecológicas: pirámides de número, biomasa y energía (producción).

La pirámide trófica es un tipo de relación trófica representada de forma escalonada en el que cada eslabón de la pirámide corresponde a un nivel trófico y el área de cada nivel trófico representa la magnitud (dimensión) del fenómeno que se quiere estudiar.

Hay tres tipos:

• Pirámides de números: cada eslabón representa el nº de individuos de un biotopo de ese nivel trófico en un momento dado. No son útiles para comparar ecosistemas ya que se consideran por igual organismos con funciones muy diferentes (gamo=saltamontes; árbol=fitoplancton). No cumplen la regla del 10% y frecuentemente presentan formas de pirámides irregulares o invertidas cuando los productores primarios son muy grandes en relación con los  herbívoros o cuando  se consideran redes de parásitos.

 

• Pirámides de biomasa: representa la cantidad de materia orgánica presente en cada nivel trófico, son más representativas que las pirámides de números, aunque en algunos casos pueden aparecer invertidas si la biomasa de los consumidores primarios es superior a la de los productores como puede suceder en ecosistemas marinos donde hay más biomasa de zooplancton que de fitoplancton, pero el rápido crecimiento del fitoplancton (alta tasa reproductiva) permite mantener una mayor biomasa de zooplancton.

 

• Pirámides de producción o energía: si estudiamos a lo largo de un año la cantidad de energía que es acumulada en cada nivel trófico obtenemos una pirámide de energía, se expresa en kcal/m2/año. Estas pirámides en ningún caso pueden estar invertidas ya que lo que se representa es la producción en cada nivel trófico.

Ejercicio de selectividad:

 

 

7 LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS DEL OXIGENO, CARBONO, NITROGENO, FOSFORO Y AZUFRE.

La materia y la energía circulan constantemente en los ecosistemas, la materia formando un ciclo cerrado mientras que el flujo de energía es abierto porque entra al sistema en forma de radiación solar y sale en forma de calor, gran parte generado por los procesos bioquímicos de los seres vivos.

El reciclaje (ciclo cerrado) de los elementos que componen la materia viva entre las distintas partes del ecosistema (seres vivos, atmósfera, hidrosfera y geosfera) constituye los  llamados  ciclos de la materia o ciclos biogeoquímicos. Todos los seres vivos intervienen en ellos pero los microorganismos descomponedores son los que ofrecen la más importante contribución a los ciclos mediante el proceso de mineralización que realizan transformando los elementos de su forma orgánica a la inorgánica, que es como quedan a disposición de los productores en el suelo y en el agua.

Los elementos químicos pueden permanecer en cantidades muy importantes y durante períodos de tiempo más o menos largos en un determinado lugar del ecosistema (atmósfera, geosfera, hidrosfera) llamándose a este lugar “Almacén, reserva o reservorio”

Se distinguen dos tipos de ciclos biogeoquímicos: los de los nutrientes gaseosos (O,C,N) cuando el principal almacén es la atmósfera o la hidrosfera cuya circulación es relativamente rápida y cerrada si pérdidas sustanciales y los de los sedimentarios (P,S). cuando la reserva más importante está en forma mineral (en la geosfera) y constituyen ciclos mucho más lentos ejerciendo una mayor influencia limitante.

Los ciclos biogeoquímicos pueden estar modificados por el hombre produciendo alteraciones en los ecosistemas (incremento la concentración de CO2 en la atmósfera, de P y N de fertilizantes en suelo y agua, etc.).

Para cada uno de los bioelementos estableceremos su relación con los sistemas terrestres atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera.

Ciclo del carbono:

Atmósfera: es el almacén más importante de carbono en forma de CO2 , producto de la   combustión de materia orgánica y actividad metabólica de aerobios. Su circulación como gas suele ser rápida.

Hidrosfera: capta CO2 en la zona fótica. La acumulación de CO2, CH4 y H2 en la zona anaerobia inhibe la actividad de los anaerobios , cesa la descomposición y los compuestos orgánicos se van acumulando lentamente en el fango. Este proceso estanca el ciclo y se forman en ambientes lacustres y pantanosos grandes depósitos de carbón y en ambientes marinos de petróleo.

Geosfera: la sobresaturación de calcio en forma de carbonato cálcico (CaCO3) en determinadas zonas de la hidrosfera

La mayoría de las calizas se forman en un ambiente geotectónico de plataforma continental a temperaturas cálidas.
Los carbonatos se constituyen básicamente de calcita (caliza), aragonita y dolomita (dolomía). La base química de la sedimentación de carbonatos es la abundancia relativamente alta de los iones de calcio Ca2+ y del bicarbonato (H2CO3) (o de los iones de bicarbonato, HCO3-respectivamente)  en el agua generalmente marina.

Ca2+ + HCO3- --> CaCO3 + H+

La disolución de un sedimento calcáreo o de una caliza en un agua con un cierto contenido en CO2 se puede describir por las reacciones siguientes:

H2O + CO2 --> H2CO3 y CaCO3 + H2CO3 --> Ca2+ + 2HCO3-.

Los parámetros, que influyen la disolución y la precipitación de CaCO3 son los siguientes:

El contenido en dióxido de carbono: La disminución de la cantidad de CO2 favorece la precipitación de CaCO3.

pH: Un valor bajo de pH favorece la disolución de CaCO3, un valor alto de pH favorece la precipitación de CaCO3.

La temperatura: Todos los gases son menos solubles en aguas cálidas, disminuye la cantidad de CO2 y se forman calizas por precipitación.

 
La presión: El aumento de la presión apoya levemente la disolución de CaCO3. La influencia de la presión se nota en profundidades altas. En el mar profundo desde los 4500 - 5000m (profundidad de compensación de carbonato) el carbonato se disuelve completamente y no hay depósitos.

El lento proceso de formación de las rocas carbonatadas retira de la vía principal parte del carbono, este carbono vuelve a la vía principal (atmósfera, hidrosfera, biosfera) mediante la disolución de las rocas carbonatadas o la expulsión volcánica de parte de estas rocas en el ciclo de las rocas.

 

Biosfera: actividades biológicas de emisión y captación de en los procesos de respiración y descomposición y fotosíntesis respectivamente así como los procesos de bioformación de carbonatos. Muchos seres vivos incorporan carbono para construir caparazones (almejas, caracolas…) o esqueletos (arrecifes de coral…) de carbonato cálcico que al morir formarán más rocas carbonatadas. El ser humano aumenta la liberación de carbono (en forma de CO2) a la atmósfera mediante el uso de combustibles fósiles, alterando con ello el ciclo del carbono.
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Ciclo del oxígeno.

Atmósfera: actualmente es un 21% en volumen en la composición del aire y proviene de los procesos fotosintéticos. Forma parte de moléculas gaseosas óxidos del carbono, del nitrógeno y del azufre.

Hidrosfera: disuelto en el agua en forma molecular, formando parte de la molécula del agua y de carbonatos y sulfatos.

Geosfera: el primer oxígeno generado por los fotosintéticos era capturado rápidamente por los minerales de la superficie terrestre acumulándose en óxidos hasta la saturación y posterior acumulación en la hidrosfera, y como es poco soluble luego en la atmósfera. Aparte de los óxidos encontramos oxígeno en  sedimentos orgánicos y en los grandes depósitos de carbonatos ( y sulfatos, fosfatos y nitratos).

Biosfera: organismos fotosintéticos toman el oxígeno incorporado en la molécula de agua y durante la fotosíntesis la molécula de agua se rompe liberando el oxígeno (a la atmósfera o hidrosfera) en forma de oxígeno molecular, que es utilizado por los seres vivos en la respiración que lo transforma de nuevo en moléculas de agua (recuerda de biología que el oxígeno es el aceptor final de electrones y protones en la cadena de transporte de electrones de la respiración y al coger los e- y los H+ se transforma en H2O).
También forma parte del dióxido de carbono y de muchas de las moléculas orgánicas de los seres vivos.

Ciclo del nitrógeno.

Atmósfera: en  la forma molecular N2 (no asimilable) constituye el 78% en volumen de la atmósfera.

Hidrosfera: casi siempre se encuentra disuelto como ión nitrato asimilable por productores y en la forma molecular no asimilable de intercambio con la atmósfera.

Geosfera: a pesar de la gran cantidad de nitrógeno en la atmósfera no hay depósitos minerales importantes y la escasez de nitrógeno en el suelo constituye un factor limitante para el crecimiento de los vegetales.

Biosfera: las raíces de las plantas absorben el amoníaco (NH3)  o el nitrato (NO3 -), e incorporan el nitrógeno en proteínas, ácidos nucleicos, enzimas, vitaminas, hormonas y clorofila. Es necesario la fijación biológica del nitrógeno para proceder a la asimilación de los  productores.

El ciclo del nitrógeno consta de tres procesos: obtención de nitrógeno asimilable, nitrificación, asimilación y devolución del nitrógeno al depósito atmosférico.

1. Obtención de nitrógeno asimilable. Según el origen del nitrógeno tendremos:

 

Origen  abiótico (atmosférico): fijación

Fijación del nitrógeno: transformación del nitrógeno molecular a una forma reducida asimilable. Puede ocurrir mediante dos procesos:

• Fijación atmosférica: formación de óxidos de nitrógeno a partir del N2 y O2 del aire mediante descargas eléctricas producidas en la troposfera generada por grandes tormentas: producto resultante NO y NO2 que acaban llegando al suelo y al agua como nitratos siendo así asimilables por los productores. Estas tormentas producen unos treinta millones de toneladas de ácido nítrico al año. 5-8% del total de los requerimientos de la biosfera.

 

• Fijación biológica: consiste en la conversión del nitrógeno gaseoso (N2) en amoníaco (NH3), forma utilizable para los organismos. En esta etapa intervienen bacterias presentes en el suelo y en ambientes acuáticos, que emplean la enzima nitrogenasa para romper el nitrógeno molecular y combinarlo con hidrógeno.

3H2+N2 --------------------> 2NH3
nitrogenasa
Ejemplos de bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico:

• De vida libre:
• Aerobias:
• Bacterias quimiorganótrofas del suelo (Azotobacter)
• Bacterias fotosintéticas del agua: (cianofíceas: Nostoc, Anabaena) realizan la mayor parte de la fijación del nitrógeno atmosférico.
• Anaerobios: Clostridium. Fijan en los lodos y en los intestinos de los animales.
• Simbióticos: Rizobios (en nódulos de las raíces de leguminosas y de algunas plantas leñosas.

Origen  biológico (edáfico): amonificación

Amonificación:  El nitrógeno presente en el suelo es el resultado de la descomposición de materiales orgánicos y se encuentra en forma de compuestos orgánicos complejos, como proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y nucleótidos, que son degradados a compuestos simples por los  descomponedores - bacterias y hongos - que se encuentran en el suelo. Estos microorganismos usan las proteínas y los aminoácidos para producir sus propias proteínas y liberan el exceso de nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o ion amonio (NH4+).

nitrificación

Es el proceso de oxidación del amoníaco o ion amonio primero en nitrito y éste en nitrato mediante la acción de las bacterias aerobias del suelo llamadas nitrobacterias o bacterias nitrificantes. Este proceso genera energía que es liberada y utilizada por estas bacterias como fuente de energía primaria. Se lleva a cabo a través de dos grupos de organimos:    

Nitrosomonas y Nitrococcus, oxidan el amoníaco a nitrito (NO2-): 
                         
2 NH3  +  3 O2   g    2 NO2 -  +  2 H+  + 2 H2O

Nitrobacter,  transforman el nitrito en nitrato, por este motivo no se encuentra nitrito en el suelo, que además es tóxico para las plantas. 
                         
2 NO2 -  +  O2  g 2 NO3 -

2. asimilación

 

Las raíces de las plantas absorben el amoníaco (NH3)  o el nitrato (NO3 -), e incorporan el nitrógeno a sus compuestos nitrogenados.

3. desnitrificación

 

Es el proceso realizado por algunos hongos y bacterias del género Pseudomonas principalmente ante la ausencia de oxígeno por el que  degradan nitratos (NO3 -) liberando nitrógeno molecular (N2) a la atmósfera a fin de utilizar el oxígeno para su propia respiración.  Este N2 gaseoso irá al depósito  atmosférico y no podrá ser usado por las plantas. Ocurre en ambientes sin oxígeno (suelos mal drenados…). A pesar de las pérdidas de nitrógeno, el ciclo se mantiene gracias a la actividad de las bacterias fijadoras de nitrógeno, capaces de incorporar el nitrógeno gaseoso del aire a compuestos orgánicos nitrogenados.

 

Vocabulario:
Amonificación : proceso por el cual los descomponedores degradan las proteínas y los aminoácidos, liberando el exceso de nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o ion amonio (NH4+)
Asimilación (de nitrógeno): conversión de nitrógeno inorgánico a moléculas inorgánicas de los seres vivos.
Desnitrificación : proceso por el cual ciertas bacterias que viven en suelos pobremente aireados degradan nitratos utilizando el oxígeno para su propia respiración y devolviendo el nitrógeno a la atmósfera.
Fijación del nitrógeno : conversión de nitrógeno atmosférico en amoníaco. Fotosíntesis: serie completa de reacciones químicas en las que se utiliza la energía de la luz para sintetizar moléculas orgánicas energéticas, por lo general carbohidratos, a partir de moléculas inorgánicas poco energéticas, generalmente dióxido de carbono y agua.
Nitrificación : la oxidación del amoníaco o del amonio a nitritos y nitratos, como ocurre por la acción de las bacterias nitrificantes.
Nitrogenasa : enzima utilizada por las bacterias fijadoras de nirógeno.

 

Ciclo del azufre.

Atmósfera: se encuentra en forma de sulfuro de hidrógeno o como óxidos de azufre. Los  volcanes y las actividades humanas (la quema de combustibles fósiles) aporta mucho SO2. Puede  precipitar en forma de ácido nítrico (lluvia ácida).

Hidrosfera: El principal almacén es la hidrosfera (incluida el agua que toman los vegetales del suelo) en forma de ión sulfato (SO42-).

Geosfera: Se puede inmovilizar temporalmente en rocas sedimentarias como pirita (Fe S2),  calcopirita (CuFeS2), galena (PbS) S3Fe2 , evaporitas como el yeso(CaSO4 . xH2O) o en combustibles fósiles como carbón y petróleo que llevan mucho azufre.

Biosfera: formando parte de proteínas (cinteina, metionina y cistina). Los descomponedores liberan H2S en la descomposición de las proteinas vegetales.

R-SH à R + H2S

• En condiciones aerobias: (Thiobacillus)

 

• Desulfuración de compuestos orgánicos (extraen el azufre y rinden SO4=). sulfatos como única fuente asimilable.

• Oxidación de sulfuro de hidrógeno y  azufre elemental hasta ácido sulfúrico acidificando así el suelo (Suelos básicos que no permiten la disolución de determinados minerales se acidifican quedando disponibles para las plantas).

 

• En condiciones anaerobias:

• Reducción del azufre a  H2S depositándose en suelos inundados hasta alcanzar concentraciones tóxicas  y a los que aporta el olor característico.

 

• Bacterias fotosintéticas anaerobias pueden usar el H2S como donador de electrones en sus procesos metabólicos dando lugar a depósitos de azufre elemental (Sº). (bacterias rojas y verdes)                    HS- -----> S0 + H+ + 2e- (-0.27)

• Bacterias quimiolitotrofas que utilizan el H2S oxidándolo como fuente de energía para la producción de ATP.        S + 3H2O ----> SO32-+ 6H+ +4e- (+0.05)

 

• En muchos casos se producen asociaciones entre bacterias formadoras y consumidores de H2S en un sistema balanceado. En todos los caos, el Sº es la forma no asimilable y sólo puede entrar en el ciclo por la acción de algunas bacterias que son capaces de oxidarlo a SO4=.

Ciclo del fósforo.

Atmósfera: no participa.
Hidrosfera: como vehiculo de arrastre y zona de depósito.

Geosfera: El principal almacén de fósforo son los sedimentos y las rocas fosfatadas  a partir de esqueletos y caparazones resistentes a la meteorización y los excrementos como el guano producido por la acumulación de heces de aves marinas en los acantilados. Estos almacenes producen pérdidas considerables de fósforo para los ecosistemas durante largos períodos de tiempo

Biosfera: nutriente limitante, debido a que la proporción de fósforo presente en los tejidos de los organismos en relación con la de otros elementos químicos suele ser mucho mayor que la que existe en el medio (aumento de P en medios acuáticos: eutrofización). Requieren para su nutrición fósforo en forma de fosfato inorgánico (PO43-) para formar moléculas con P como ATP, ácidos nucleicos y fosfolípidos. Las bacterias fosfatizantes degradan los compuestos orgánicos a fosfatos inorgánicos.
Los seres humanos mediante la formación y uso de fertilizantes químicos, y el estiércol de la ganadería empleados en la agricultura, incorporan grandes cantidades de este nutriente en los ecosistemas, pudiendo provocar eutrofización en los ecosistemas acuáticos.

8. EL ECOSISTEMA EN EL TIEMPO: SUCESIÓN, AUTORREGULACION Y
REGRESIÓN.

Sucesión: Secuencia de cambios graduales de (principalmente en la comunidad con aparición y desaparición de especies, aunque también hay cambios en el biotopo como por ejemplo mayor desarrollo del suelo) que experimenta un ecosistema a lo largo del tiempo.
Los cambios que se producen en las sucesiónes afectan a la estructura del ecosistema, llevando al ecosistema hacia la adquisición de una serie de estados sucesivamente más estables. No confundir con fluctuaciones o cíclicas bióticas-depredador y presa; ciclos anuales-o abióticas-periódicas o climatológicas- en los que el ecosistema vuelve a la situación inicial cuando cesan las causas que originaron dichos cambios).

Tipos: sucesiones primarias y secundarias. Clímax (autorregulación). Regresión.

Clímax: estado final de la sucesión, con una complejidad estable y en equilibrio con el clima dominante de la región.

Regresión: perturbación (naturales-vulcanismo, cambio climático…) o antrópicas (deforestación, incendios…).que lleva al ecosistema a un estado más primitivo o alejado del climax en la sucesión.

Hay dos tipos de sucesiones:

• La sucesión primaria es aquella que sucede en un terreno virgen donde no había una comunidad previa. Biotopo nuevo (dunas de arena, lava, la retirada de hielo). Pasos:

 

• Líquenes sobre las rocas desnudas y musgos (formación del suelo).
• Hierbas (maduración del suelo)
• Arbustos y árboles (suelo maduro)

En los sucesivos estados de la sucesión cambia: 

• La vegetación
• La comunidad
• El suelo (profundidad, capacidad de retención de agua, estructura, composición, contenido en materia orgánica…).
• Los parámetros fisico-químicos del biotopo (temperatura, humedad, insolación):

 

• La sucesión secundaria: aparecen en ecosistemas que han sufrido una regresión parcial o total, pero conservan parcial o totalmente el suelo con semillas y esporas (incendios, deforestaciones, sobrepastoreo, introducción de especies exóticas, abandono de un campo de cultivo, pérdida de árboles por una enfermedad, inundación...). En estos casos la sucesión es más rápida que en las primarias.

 

Características de las sucesiones.

En los sucesivos estados de la sucesión cambia:

Respecto al biotopo:

• El suelo (profundidad, capacidad de retención de agua, estructura, composición, contenido en materia orgánica…).

 

• Los parámetros fisico-químicos (temperatura, humedad, insolación):

Respecto a la biocenosis:

• Aumenta la biomasa, principalmente aquellos organismos o partes con metabolismo bajo, por ejemplo la cantidad de madera y materia muerta aumenta progresivamente al avanzar en la evolución.

 

• Aumento de la diversidad de especies y de la especialización de éstas.Van sustituyéndose unas especies con otras a lo largo de la sucesión pasando de unas especies oportunistas con alta capacidad de reproducción (estrategas de la r) a especies más adaptadas y con poca capacidad reproductiva pero mayor supervivencia de los descendientes (estrategas de la k), es decir, pasa de estrategas de la r a estrategas de la k. Decrece la natalidad y aumenta la supervivencia de los descendientes.

• Aumento de la complejidad estructural; aumenta el número de niveles tróficos y la complejidad de las redes tróficas. Aumenta la estabilidad del ecosistema porque hay mayor número de interacciones entre los componentes del ecosistema. Se van amortiguando las fluctuaciones. Se sustituye el viento por los animales, como método de transporte de las semillas.

 

• Disminuye la productividad (es la relación entre la producción y la biomasa p = P/B x 100) porque aumenta la cantidad de materia muerta o partes no productivas como la leña. Además la respiración es mucho mayor en ecosistemas avanzados en la sucesión. En el estado clímax lo que se produce (producción bruta) es igual a lo que se gasta en respiración, por lo que la producción neta se aproxima a cero, es decir, hay una tendencia a que la fotosíntesis iguale a la respiración de toda la comunidad (en este apartado con poner aumento de la respiración y disminución de la producción neta es suficiente).

PN = PB – R = 0.

 

9 IMPACTOS SOBRE LA BIOSFERA: DEFORESTACION Y PÉRDIDA DE
BIODIVERSIDAD.

DEFORESTACIÓN: CONCEPTO, CAUSAS Y CONSECUENCIAS.

Desde el comienzo de la agricultura (hace unos 10.000 años) hasta la actualidad, los bosques han disminuido considerablemente (se ha visto reducido aproximadamente a un tercio), sobre todo en los últimos 50 años, hasta reducirse a un 30% del total de la superficie terrestre (4.000 millones de hectáreas). La pérdida de bosques se debió en parte a cambios climáticos, pero fue causada también por actividades humanas; en este último caso se habla de deforestación, según la FAO “la deforestación es la conversión del bosque para otros usos” (yo no estoy muy de acuerdo con esta última definición, porque un incendio provocado no siempre implica que se le vaya a dar otros usos al terreno. Para el que no lo sepa la FAO es una organización internacional de agricultura y comida: Food Agriculture Organization). La pérdida de bosques se está produciendo sobre todo en los países en vías de desarrollo, en sólo tres décadas desde 1960 a 1990, se ha perdido una quinta parte de toda la cubierta del bosque tropical natural. Sin embargo, en los países desarrollados la superficie forestal parece haberse estabilizado, incluso aumentado debido a repoblaciones (en conclusión se pierden sobre todo bosques naturales y han aumentado bosques de nueva plantación y los seminaturales).

 

Causas de la deforestación.

• La extensión de la agricultura y la ganadería: es, quizá, la mayor causa de deforestación; el drástico crecimiento de la población mundial ha ocasionado un incremento importante de suelo agrícola. Es de destacar el aumento del cultivo de aceite de palma para la alimentación, cosméticos y biocombustibles.

 

• La demanda de madera, leña y fabricación de papel, sobreexplotando el bosque sin permitir su regeneración. Muchos países en vías de desarrollo están esquilmando (agotando, vaciando) sus bosques para obtener beneficios económicos particulares (gobiernos corruptos) o para el pago de su deuda externa.

• Los incendios forestales, sobre todo si son recurrentes, que conllevan la desaparición de bosques y la pérdida de suelos. Muchos incendios forestales provocados pretendían favorecer un uso posterior del suelo como por ejemplo una promotora para que le permitan construir ahí. La quema de rastrojos agrícolas ha provocado incendios.

 

• La lluvia ácida, sobre todo en el norte de Europa.

• El desarrollo urbano y las obras públicas (carreteras, grandes presas…) en zonas boscosas.

 

• Las plagas, enfermedades y sequías.

• Actividades industriales como la minería que produce desmontes, movimientos de tierra, acumulación de áridos…la extracción de aluminio y petróleo en bosques tropicales destruye importante superficies boscosas, no sólo por la ubicación sino también por vertidos (escapes de petróleo por ejemplo).

 

Consecuencias de la deforestación.

• Para comprender y nombrar las consecuencias de la deforestación es recomendable ver las funciones (importancia) del bosque:

 

• Poseen el 60% de la biodiversidad del planeta, por ello una consecuencia de la deforestación es la pérdida de biodiversidad.

• Regulan el clima a escala local y mundial, amortiguando los contrastes térmicos (día-noche, verano-invierno), por ello una consecuencia de la deforestación es la mayor brusquedad climática.

 

• En cuanto al agua y el suelo, los bosques retienen más humedad, favorecen la infiltración del agua estabilizando la escorrentía, forman y protegen los suelos evitando los procesos erosivos, por ello algunas consecuencias de la deforestación es el aumento de inundaciones por la mayor escorrentía, menor recarga de los acuíferos por la menor infiltración en ausencia de bosques, mayor erosión con lo que se degrada más el suelo, sobre todo en zonas de fuertes pendientes.

• Fijan el CO2 durante la fotosíntesis, actúan de filtros reteniendo parte de la contaminación atmosférica, por ello una consecuencia de la deforestación es el aumento del CO2 (mayor efecto invernadero) y la menor retención de contaminantes atmosféricos.

 

• Son zonas de bellos paisajes, esparcimiento, ocio y turismo, por ello una consecuencia de la deforestación es la pérdida de zonas de ocio, turismo, paisajes, lugares de relajación, pulmones verdes…

 

• Proporciona gran variedad de sustancias y materias primas como madera, resinas, corcho, aceites, moléculas con propiedades farmacológicas, alimentos (frutos secos, setas, especias, cacao, etc.), por ello una consecuencia de la deforestación es la pérdida de todos estos recursos.

LA PÉRDIDA MUNDIAL DE LA BIODIVERSIDAD.

Concepto de biodiversidad: Biodiversidad o diversidad biológica es el número y la variedad de seres vivos, de ecosistemas y de genes existentes (individuos, ecosistemas y genes)

Importancia de la biodiversidad: Cada especie cumple una función esencial para el funcionamiento de los ecosistema (fabricar, descomponer, equilibrar, formar suelo…)
Para los seres humanos es fuente de materias primas (alimentarias, industriales, farmacéutica…), mantiene la composición química constante y limpia la atmósfera, la hidrosfera y mantiene productivos los campos. También tiene valor recreativo y turístico y paisajístico.

Causas de la pérdida de biodiversidad: El aumento demográfico de la población humana y las actividades que desarrolla sobre todo en las sociedades industrializadas actuales ha generado modificaciones en todos los subsistemas terrestres. Uno de los aspectos más preocupantes afecta al principio de irreversibilidad cero del concepto de desarrollo sostenible poniendo en peligro un aspecto irrecuperable de la biosfera: la pérdida de biodiversidad. Destacan las siguientes causas de pérdida de biodiversidad:

• Deterioro y fragmentación de los hábitats naturales:

 

• Deterioro: Al cambiar las condiciones del lugar donde habita (selva tropical por su riqueza de especies, arrecifes de coral, humedales, pantanos, marismas).

• La fragmentación del hábitat: como consecuencia del desarrollo agrícola, industrial y urbano. Disminuye su capacidad de autorregulación, endogamia y deriva genética Para evitar que se extingan las especies por la destrucción de su hábitat, se han creado figuras de protección de ecosistemas como parque natural, reserva de la biosfera, parque regional, ZEPA (zona de especial protección para las aves), espacio protegido…

 

• Introducción de especies nuevas o exóticas:

La introducción accidental, facilitada o voluntaria de diferentes especies en nuevos hábitats puede generar un proceso competitivo por el nicho ecológico. El hecho de no haber coevolucionado con el resto de la comunidad del ecosistema puede favorecer a la especie invasora mediante diversos mecanismos:

• No ser apetecible a los depredadores de la presa sustituida.
• Ser predador de otras especies diferentes que el predador sustituido.
• No estar afectado a organismos patógenos habituales de la población sustituida.

 

Es especialmente peligroso en ecosistemas maduros (las islas y los lagos antiguos) ricos en especies endémicas.  En Hawai ratas, Caulerpa prolífera (cianofícea invasora) en el mediterráneo, etc.

• Excesiva presión explotadora sobre algunas especies:

 

Se puede producir de diferentes formas:

• Presión cinegética (caza) sobre determinadas especies (búfalo americano, ballenas, alimañas y predadores potencialmente dañinos para el ser humano: lobo, osos, aves de presa, serpientes…)
• Sobrepesca (esturión del Guadalquivir, atún rojo…)
• Coleccionismo, comercio de mascotas, falso prestigio, rarezas, turismo, etc. (mariposas y escarabajos, tigres, leones, gorilas…).
• Supuestas propiedades curativas (farmacopea china)

 

• Contaminación de suelos, agua y atmósfera:

• Local: prácticas abusivas del sector 1º y 2º pesticidas, herbicidas, fertilizantes, vertidos y residuos en agua y suelo, monocultivos agrícolas y forestales, etc.
• Regional: lluvia ácida, mareas negras, contaminación radiactiva, etc.
• Global: destrucción de la capa de ozono, aumento  de  gases de efecto invernadero, etc.