CICLOS DE LA MATERIA

Transcripción

1 CICLOS DE LA MATERIA El mundo en que vivimos está formado por materia. El suelo, los océanos, las plantas, los animales son ejemplos de materia formada por elementos químicos comunes (C-H-O-N-P-S), etc. En la naturaleza, la materia realiza ciclos en los cuales pasa de un cuerpo a otro, de manera que no se pierde, sino que se vuelve a utilizar. La vida en nuestro planeta depende de algunos tipos de materiales que cumplen ciclos como el agua, el carbono y el nitrógeno. Para comprender mejor cómo operan estos ciclos, se debe saber que en la fotosíntesis los organismos autótrofos toman del ambiente abiótico (no vivo) sustancias inorgánicas, de bajo nivel energético, y las transforman en compuestos orgánicos, que sirven como fuente principal de energía y de materiales para construir el cuerpo de cualquier ser viviente. En el interior de los ecosistema, la materia orgánica generada por los productores (organismos fotosintetizadores) se transfiere, sucesivamente, a través de los diferentes niveles tróficos ocupados por los consumidores (heterótrofos). Cuando tales organismos mueren (o eliminan sus desechos), las sustancias orgánicas presentes en los restos cadavéricos (o en los desechos) son desintegradas por los descomponedores, hasta reducirlas a moléculas inorgánicas simples, que pueden ser tomadas por otros organismos capaces de incorporarlas a su propio organismo. En la figura anterior que representa un ecosistema podemos distinguir que los organismos constituyen la BIOCENOSIS y el ambiente que los rodea su BIOTOPO. Sin embargo, no ocurre lo mismo con la energía. La energía que entra a un ecosistema es la ENERGÍA SOLAR que los organismos fotosintetizadores transforman en ENERGÍA QUÍMICA y la almacenan en compuestos orgánicos como la Glucosa. Durante su paso por cada NIVEL TRÓFICO, una parte de le energía contenida en los compuestos orgánicos se utiliza para los procesos vitales del organismo y otra gran parte es liberada en forma de CALOR. De esta manera, toda la energía química almacenada por los productores es, tarde o temprano, transformada en energía calórica que no puede volver a ser utilizada, es decir, se va disipando a medida que traspasa los niveles tróficos.

2 PREGUNTAS: 1. Cuáles son los componentes del Biotopo? 2. Cuáles son los componentes de la Biocenosis? 3. Reconoce qué organismo pertenece a cada nivel trófico. 4. Define los siguientes conceptos: autótrofo consumidor sustancia inorgánica productor heterótrofo 5. En un ecosistema, en qué nivel trófico hay mayor cantidad de energía? 1. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Los elementos químicos que forman la materia están continuamente circulando entre los seres vivos y el ambiente describiendo los llamados CICLOS BIOGEOQUÍMICOS. Estos ciclos de la materia incluyen los componentes geológicos (atmósfera, litósfera, hidrósfera) y también a los componentes biológicos (seres vivos) CICLO CARBONO El carbono es un elemento químico fundamental para los seres vivos ya que forma parte de las moléculas orgánicas (proteínas, lípidos y azúcares). En el ambiente abiótico, el carbono es muy abundante. Se encuentra formando parte de las rocas del suelo y como gas (CO 2 ) disperso en la atmósfera y disuelto en el agua. La circulación de este elemento involucra los procesos de la respiración, la fotosíntesis, la descomposición, la sedimentación y la combustión. Los organismos autótrofos a través de la fotosíntesis fijan el CO 2 y lo transforman en carbohidratos. Luego, los compuestos orgánicos son degradados si la planta es ingerida por un herbívoro. Posteriormente, este animal puede servir de alimento a un carnívoro, ocurriendo nuevamente la digestión y síntesis de nuevos compuestos orgánicos. Durante su vida, plantas y animales, a través de la respiración, liberan CO 2 a la atmósfera como producto de desecho. Una vez que mueren, la materia orgánica que los constituye, por acción del proceso de descomposición, es degradada hasta CO 2, liberándose este gas a la atmósfera. Los restos de animales y plantas que no se descomponen rápidamente quedan enterrados por sedimentación en las capas profundas del suelo y se transforman, en condiciones muy especiales y a lo largo de un proceso muy lento en carbono, petróleo o gas natural (combustibles fósiles). De manera natural, la cantidad de CO 2 en la atmósfera aumenta por combustión de materiales vegetales y las erupciones volcánicas.

3 PREGUNTAS: 1. Qué proceso del ciclo podría llevar a un estancamiento de la circulación del carbono? 2. En las últimas décadas la acumulación de carbono en la atmósfera ha experimentado un ritmo acelerado cuál de los siguientes factores consideras que puede influir en este problema? Justifique. a) Aumento del consumo de combustibles b) Incremento de la población mundial c) Aumento de la industrialización d) Disminución de los bosques en el mundo 1.2 CICLO DEL NITRÓGENO El nitrógeno es uno de los nutrientes importantes de los suelos, aunque su fuente más abundante en nuestro planeta es la atmósfera, donde se encuentra en forma de gas. Sin embargo, dado que la mayor parte de las plantas y animales son incapaces de captar directamente este gas N 2 y de incorporarlo a sus estructuras y metabolismo, dependen del nitrógeno presente en los minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la abundancia de nitrógeno en la atmósfera, la escasez de nitrógeno en el suelo suele ser un factor limitante del crecimiento de un vegetal. El proceso por el cual esta cantidad limitada de nitrógeno circula y recircula a través del mundo orgánico y el físico, se conoce como ciclo del nitrógeno. Las etapas del ciclo son: El nitrógeno atmosférico ( N2) es capturado por cierta clase de bacterias (bacterias nitrificantes), las cuales lo transforman en un compuesto que puede ser utilizado por las plantas llamado Nitrato (NO 3 ). Las bacterias fijadoras de nitrógeno pueden vivir libres en el suelo y otras, como Rhizobium, viven en las raíces de las plantas leguminosas, por ejemplo lentejas y porotos. El nitrato ingresa a los vegetales a través de las raíces y, dentro de las células se incorpora a los compuestos orgánicos complejos como las proteínas (Asimilación). Desde los productores, el nitrógeno pasa a los consumidores. Al morir o a través de los excrementos y la orina, los organismos devuelven los compuestos nitrogenados al medio, los cuales son captados por los descomponedores que degradan la materia orgánica que contiene nitrógeno, liberando el exceso como ion amonio (NH 4 + ) o como amoníaco (NH 3 ) proceso conocido como Amonificación. En la Nitrificación algunas bacterias comunes en el suelo son capaces de transformar el amonio o el amoníaco, las nitritobacterias son las encargadas de realizar la siguiente reacción: El nitrito es tóxico para muchas plantas, siendo inusual su acumulación. Otro grupo de bacterias conocidas como nitratobacterias realizan la transformación de nitrito (NO 2 ) en nitrato (NO 3 ): De esta manera el nitrato vuelve al suelo desde donde puede ser reutilizado por los productores o devuelto a la atmósfera como gas a través de la Desnitrificación. Procesos como la erosión, el sobre cultivo o el arrastre de nitratos por lluvias retiran constantemente nitrógeno del medio, disminuyendo la cantidad de nitrógeno disponible para las plantas. Una parte del nitrógeno puede incorporarse por actividad volcánica; o a través de las tormentas eléctricas en la atmósfera.

4 PREGUNTAS 1. Si en la atmósfera hay tanto nitrógeno (79%) por qué es necesario abonar los suelos? 2. Qué clase de organismos cumplen un rol fundamental en este ciclo? 3. Reconoce los principales procesos del ciclo del nitrógeno e indica que transformación química del nitrógeno ocurre en cada etapa. 1.3 CICLO DEL AGUA Todos los seres vivos necesitan agua para sobrevivir. El agua describe un ciclo que permite su reutilización. Por esta razón se la considera un recurso inagotable, aunque esta condición ya está siendo cuestionada. La distribución del agua en nuestro planeta mantiene un constante equilibrio, ya que cicla continuamente, a través de la atmósfera, de las cuencas oceánicas y los suelos continentales. El principal objetivo del ciclo del agua es proveer este vital elemento, que es el agua fresca y pura, a todos los seres vivos. Durante su ciclo se suceden procesos naturales como la fusión, y la condensación; además de participar en los relacionados con las actividades propias de los seres vivos: respiración, fotosíntesis, excreción, etc. Bajo la acción del calor solar, el agua se evapora (estado gaseoso) constantemente de los océanos, lagos y ríos. El vapor acuoso que se forma asciende a lo alto impulsado por las corrientes de aire que, incesantemente, se elevan de la superficie terrestre hacia los espacios donde la temperatura es más baja. En presencia de corrientes de aire muy frío, ese vapor acuoso se condensa en diminutas gotas y se hace visible en forma de nubes o niebla, que pueden ser transportadas por el viento hacia regiones muy alejadas. Las gotas se van haciendo más grandes y más pesadas a medida que la condensación aumenta y entonces el aire ya no puede sostenerlas y se precipitan en forma de lluvia (estado líquido), nieve o granizo (estado sólido). Si estas precipitaciones ocurren en latitudes polares o a gran altura, parte de las aguas van a formar los glaciares. Si las precipitaciones caen en el suelo, parte del agua corre por las pendientes y de acuerdo con la cantidad de vegetación, el tipo de suelo y a su declive, el destino del agua que proviene de las precipitaciones puede tomar dos caminos: El agua se filtra a través del suelo, especialmente a través de suelos porosos y desciende lentamente por acción de la gravedad a capas más profundas. Cuando estas aguas pueden aflorar a la superficie forman los manantiales o aguas termales, ricas en minerales.

5 El agua escurre superficialmente cuando el terreno tiene un declive profundo, formando arroyos y ríos que desembocan en el mar. Siempre el ciclo del agua se cierra en el mar, cuando regresa a su origen. En varias partes del ciclo el agua es tomada por animales y plantas para sus procesos metabólicos y luego es devuelta a la atmósfera mediante la respiración, la orina, el sudor, la transpiración según sea el caso. Como podemos apreciar, todas las aguas de la Tierra, aunque de modos bien distintos, participan en este ciclo, que se renueva constantemente y que tiene una gran importancia para el desarrollo de la vida. PREGUNTAS. Para responder las siguientes preguntas, analiza la información del gráfico que muestra la distribución de agua en la tierra: a) Dónde se encuentra el mayor porcentaje de agua en la tierra? b) Dónde se encuentra el menor porcentaje de agua en la tierra? c) Cuál es el agua que podemos ingerir directamente los seres humanos y los demás seres vivos que habitan este planeta? d) Por qué es importante no contaminar el agua de que disponemos?

6 1.4. CICLO DEL FÓSFORO. La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, no así en la corteza terrestre, donde es muy abundante. El fósforo participa activamente en las relaciones energéticas que ocurren al interior de los organismos, forma parte de los fosfolípidos, compuestos presentes en las membranas biológicas celulares, y es un elemento esencial en la molécula de ADN, a partir de la cual se construye la biología de todo ser vivo. También integra las materias primas de huesos, dientes y otras estructuras óseas en los animales. Veamos cómo circula el fósforo en un ecosistema. (1) Las rocas fosfatadas se desintegran y descomponen liberando los fosfatos. Éstos pasan a los productores (algas y árboles) a través del suelo, y a los consumidores (animales herbívoros), por medio de la alimentación. Las excretas de estos últimos son degradadas por los descomponedores (bacterias), los que vuelven a producir fosfatos (1). (2) y (3) Una parte de estos fosfatos son arrastrados por los cauces hacia el mar (2). Allí es asimilado por los productores (algas y fitoplancton) y luego por los productores (zooplancton, peces, aves marinas, entre otros) (3). (3) y (5) Las excretas de las aves producen guano, usando como abono en la agricultura por la riqueza en fosfatos (4). Los restos de las algas, peces, restos óseos y calcáreos se acumulan en los fondos marinos como rocas fosfatadas, que afloran a la superficie por movimientos del suelo marino o por efecto de las corrientes (5). (6) y (7) El ser humano moviliza el fósforo cuando explota rocas (6) y contamina las aguas con detergentes fosfatados. Esto produce eutroficación, que es un proceso en ríos y lagos que finalmente agota al oxígeno disuelto en el agua y mata a la biota del lugar (7). El ciclo del fósforo no forma compuestos volátiles que pasen de los océanos a la atmósfera y desde allí a los suelos. Una vez en el mar, sólo hay dos mecanismos para transportar el fósforo desde el océano hacia la tierra. Uno es mediante las aves o mamíferos que asimilan fósforos por alimentación y que lo retornan a la tierra por excreción. El segundo es por levantamiento geológico de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un proceso medido en millones de años.

7 PREGUNTAS. 1. Cuál es la mayor reserva de fósforo? 2. Cuáles son los mecanismos para que el fósforo regrese a la tierra? 3. De qué forma el hombre interviene en el ciclo del fósforo? 1.5. CICLO DEL AZUFRE. Tal vez hayas escuchado poco de este ciclo. Ciertamente, es un ciclo no muy conocido, ya que a pesar de ser un elemento importante, el azufre es de mediana abundancia en la naturaleza. Sin embargo, posee un rol biológico relevante, ya que forma parte de las moléculas llamadas aminoácidos. Un conjunto de aminoácidos conforman unas moléculas mucho más grandes, denominadas proteínas, que son esenciales para la vida. De ahí la importancia de estudiar este ciclo. Pero qué etapas lo conforman? Cuál es la ruta que el azufre sigue entre y a través de los medios abióticos y bióticos? Veamos Los intercambios de azufre, principalmente en su forma química llamada dióxido de azufre (SO 2 ), se realizan de una manera entre las comunidades acuáticas y terrestres y en la atmósfera, de otra. En el medio ambiente marino el azufre se encuentra almacenado en los sedimentos oceánicos y en la superficie terrestre, en las rocas. En la atmósfera, en tanto, el azufre se encuentra como gas. (1) En la fase biótica, es decir, en las comunidades, los productores (algas, árboles, arbustos) captan el azufre del entorno en que viven en forma de sustratos llamados sulfatos (SO 4 2 ). Lo hacen a través de las raíces (en superficies terrestres) y por medio de la pared celular que poseen las algas (en medios acuáticos). (2) y (3) Los productores lo incorporan a las moléculas de proteína y, de esta forma, pasa a los organismos del nivel trófico superior (peces o animales herbívoros) (2). Al morir los organismos, el azufre de sus proteínas es transformado por los descomponedores (bacterias) (3) para que las plantas puedan utilizarlo de nuevo como sulfato.

8 (4) Sin embargo, gracias a las bacterias denominadas sulforreductoras, las moléculas de sulfato que no son utilizadas por los seres vivos, y que se encuentran en los fondos marinos y en los suelos con poco oxígeno, entran en la fase abiótica o atmosférica del ciclo al tomar la forma de un gas llamado ácido sulfhídrico (H 2 S), que es liberado a la atmósfera. (5) y (6) En el aire, de manera natural y en presencia de oxígeno, vuelve a cambiar su forma química y se transforma en los óxidos de azufre (SO 2 y SO 3 ). Esta cantidad aumenta mucha más en la atmósfera por la contaminación por óxidos de azufre procedentes de la actividad humana y del vulcanismo (5), que al mezclarse con el agua de la atmósfera forma lluvia ácida, un compuesto nocivo para la vida que contiene grandes cantidades de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) (6).

9 DESAFÍO FINAL Para verificar cuánto aprendiste, responde las siguientes preguntas: 1. En las cadenas tróficas, el último eslabón recibe: a) Mayor cantidad de energía que la captada por el primero. b) Menor cantidad de energía que la captada por el primero. c) La misma cantidad de energía que la captada por el primero. d) La misma cantidad de energía que los eslabones anteriores. e) Mayor cantidad de energía que los eslabones anteriores. 2. En el ecosistema, la circulación de la materia es y el flujo de la energía es : a) Lineal-lineal. b) Lineal- cíclico. c) Cíclica cíclico. d) Cíclica lineal. e) Lineal cíclico, sólo en los ecosistemas terrestres. En la siguiente cadena alimenticia: 3. En la cadena anterior quien tiene más energía es: a) El rosal. b) El pulgón. c) La chinita. d) El halcón. e) Chinita. Rosal pulgón chinita araña pájaro halcón. 4. Para que un ecosistema pueda persistir en el tiempo, al menos deben existir: a) Autótrofos y productores. b) Autótrofos y consumidores. c) Consumidores y descomponedores. d) Productores y descomponedores. e) Productores y consumidores. 5. El CO 2 que se libera a la atmósfera en el ciclo del carbono proviene de : I. Respiración. II. Combustión. III. Fotosíntesis. a) Solo I b) I y II c) I y III d) II y III e) I, II y III 6. La afirmación: Los descomponedores degradan la materia orgánica que contiene nitrógeno, liberando lo que no utilizan, como amonio (NH 4 + ) o como amoníaco (NH 3 ), el que se incorpora a algunas plantas para formar parte de compuestos nitrogenados corresponde a: a) Nitrificación de amonio a nitrito. b) Nitrificación de nitrito a nitrato. c) Asimilación de nitratos por las plantas. d) Fijación del nitrógeno por bacterias de las leguminosas. e) Amonificación. 7. Qué relación tienen los relámpagos y volcanes con el ciclo del nitrógeno? a) Permiten que se realice la amonificación. b) Permiten que se realice la nitrificación (amonio a nitrito). c) Permiten que se realice la nitrificación (nitrito a nitrato). d) Permiten que se realice la desnitrificación. e) Permiten que se realice la asimilación.

10 COMPRENSIÓN DE TEXTO Lee el siguiente texto y responde: Cuando falta el nitrógeno en el suelo, las plantas crecen mal, son amarillentas y las cosechas son malas. Para corregir esto, en la agricultura moderna se agrega nitrógeno al suelo, como salitre o urea. El exceso de fertilizantes químicos es arrastrado por el agua de las lluvias y de riego y contamina los suelos y cursos de aguas superficiales y subterráneas. Sin embargo, la naturaleza ha encontrado solución para este problema. En efecto, en el suelo viven bacterias del género Rhyzobium que se asocian a las raíces de algunas plantas, especialmente leguminosas como chícharos, habas, porotos, lentejas y alfalfa. Estas bacterias que captan el nitrógeno gaseoso del aire invaden las raíces y estimulan la formación de nódulos, los que aparecen como gránulos o tumores de las raíces. Preguntas: 1. Qué productos de desecho contienen nitrógeno? 2. Qué pasa si un agricultor utiliza mucho nitrógeno? 3. Qué ocurriría en los ciclos si se eliminan de la naturaleza a los organismos productores?