CIRCULACIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA EN LA BIOSFERA

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1 CIRCULACIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA EN LA BIOSFERA

2 Biosfera Conjunto de todos los seres vivos que habitan la Tierra Es un sistema abierto: Intercambia materia y energía con el entorno. La energía solar entra en ella a través de la fotosíntesis, transformándose en materia orgánica y disipa calor hacia el espacio. La materia que sale de la biosfera realiza un recorrido por el resto de los sistemas terrestres: geosfera, hidrosfera y atmósfera, que constituyen los ciclos biogeoquímicos.

3 Ecosistema

4 Biomas Son los diferentes ecosistemas del planeta Las condiciones ambientales (clima, suelo ) condicionan la vegetación y ésta condiciona la fauna asociada.

5 Relaciones tróficas Representan el mecanismo de transferencia de energía de unos organismos a otros en forma de alimento.

6 Productores

7 Productores Forman la materia orgánica a partir de la inorgánica y según la fuente de energía que utilicen para ello, se clasifican: Fotosintéticos: Utilizan la luz solar como fuente de energía. Cianobacterias y algunas bacterias. Algas Plantas Quimiosintéticos: Obtienen la energía de la oxidación de moléculas inorgánicas (compuestos de S, Fe, N ) Determinadas bacterias

8 Fotosíntesis

9 Respiración Proceso bioquímico que se realiza en el interior de la célula por el se transforman los nutrientes para obtener la energía de sus enlaces químicos.

10 Consumidores Organismos heterótrofos que utilizan la materia orgánica para obtener la energía necesaria para sus procesos vitales.

11 Redes tróficas En cada nivel suele haber ramificaciones: Omnívoros Necrófagos Saprófitos o detritivoros

12 Descomponedores Organismos detritivoros que transforman la materia orgánica en sales minerales, que quedan a disposición de los productores. Son bacterias y hongos

13 Ciclo de materia Tiende a ser cerrado, aunque pueden producirse pérdidas por desgasificación, lixiviado o acumulación en condiciones anaerobias (combustibles fósiles)

14 Bioacumulación Proceso de acumulación de una sustancia tóxica: metales pesados o compuestos orgánicos sintéticos, en organismos vivos, en concentraciones cada vez mayores y superiores a las del medio ambiente. Se produce cuando las sustancias no pueden ser descompuestas ni excretadas. La concentración va aumentando a lo largo de la cadena trófica. Se mide mediante el factor de bioconcentración: relación entre la concentración del organismo y del ambiente.

15 La energía solar que entra en la cadena trófica es transformada, mediante la fotosíntesis en energía de los enlaces químicos de la materia orgánica. De este modo pasa de un eslabón a otro de la cadena trófica mediante el alimento y sale en forma de calor. Es unidireccional. Flujo de energía

16 Flujo de energía

17 Parámetros tróficos Permiten medir la rentabilidad del ecosistema y de cada nivel trófico. 1. Biomasa (B) 2. Producción (P) 3. Productividad 4. Tiempo de renovación 5. Eficiencia

18 Biomasa (B) (Capital) Cantidad, en peso, de materia orgánica viva o muerta (necromasa) de un nivel trófico o ecosistema. Se expresa en: Kg, gs o en unidades de energía teniendo en cuenta que 1 g de m. orgánica = 4 ó 5 Kcal. También se expresa en relación al área o volumen:

19 Producción (P) (Intereses) Cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico. Se expresa en:

20 Producción (P) Producción primaria: Energía fijada por los autótrofos. Producción secundaria: Energía del resto de los niveles tróficos.

21 Producción bruta y neta Producción bruta (Pb): Energía fijada en cada nivel trófico por unidad de tiempo (total fotosintetizado por día o año, o cantidad de alimento asimilado) Producción neta (Pn) Energía almacenada en cada nivel por unidad de tiempo. Se obtiene al restar la energía consumida en la respiración de la producción bruta

22 Producción neta y bruta

23 Regla del 10 % La energía que pasa de un eslabón a otro es el 10 % de la energía acumulada. Por ello el número de eslabones es limitado

24 Productividad (Tasa de renovación) Relación entre la producción neta y la biomasa: Pn/B. Velocidad con que se renueva la biomasa (mayor en un organismo joven) Se mide en 1/ tiempo.

25

26 Tiempo de renovación Tiempo que tarda en renovarse un nivel trófico o sistema. Se mide en unidad de tiempo: años, días Se calcula: B/Pn. 1/Productividad.

27 Eficiencia Rendimiento de un nivel trófico o de un sistema. Salidas/ entradas. Se puede medir: Eficiencia de los productores. Rentabilidad de los consumidores. Eficiencia ecológica.

28 Eficiencia de los productores Producción bruta: Energía asimilada/ enegía incidente (es menor del 2 %) Producción neta: Pn/Pb Energía incorporada respecto al total asimilado, mide las pérdidas por respiración. En el fitoplacntón son del 10-40% en la vegetación terrestre rebasan el 50%.

29 Eficiencia de los consumidores Eficiencia = Producción neta (Pn) /alimento ingerido En ganadería se mide engorde/alimento ingerido.

30 Eficiencia ecológica Fracción de la producción neta de un nivel trófico que se convierte en producción neta del siguiente nivel. (Pn / Pn del nivel anterior).100 En las explotaciones humanas no se tiene en cuenta los costes ocultos. Qué resultará más eficiente para la alimentación humana, una dieta carnívora, omnívora o herbívora?

31 Pirámides ecológicas Representaciones de la transferencia de energía entre los distintos eslabones de la cadena trófica. Pirámides de energía: Contenido energético de cada nivel. Pirámides de biomasa: Biomasa acumulada en cada nivel. Pirámides de números: Número de individuos de cada nivel

32 Pirámide de energía Siguen la regla del 10 %. Se mide en Kjulio/m 2.año o kcal/m 2. año. La energía de los descomponedores no se tiene en cuenta.

33 Pirámides de biomasa

34 Pirámides de biomasa En los ecosistemas marinos los productores tienen un tiempo de renovación breve (alta tasa de renovación o productividad). De este modo se puede mantener a un nivel superior mayor. La productividad depende de la biomasa, pero también de su capacidad de renovación.

35 Pirámides de números Recuento del número de individuos de cada nivel. Pueden estar invertidas.

36 Factores limitantes de la producción 1ª Ley del mínimo (Liebig): Si todos los factores (luz, temperatura, humedad) y los elementos (P;N;Ca;S ) están en cantidades necesarias, excepto uno de ellos, este el factor limitante. Factor ecológico es una magnitud que varía y afecta a los seres vivos (Luz, humedad )

37 Temperatura y humedad La eficacia fotosintética aumenta al aumentar la temperatura y la humedad, pero si la temperatura aumenta demasiado, se pierde eficacia porque se desnaturalizan las proteínas.

38 Adaptaciones al frío Las adaptaciones a las bajas temperaturas serán: Predominio de plantas herbáceas anuales. Desarrollo de estructuras hibernantes: bulbos, tubérculos, rizomas Fotoperiodo o época de máximo desarrollo de hojas y flores.

39 La fotosíntesis: Se produce si la [O 2 ] es del 21% y la [CO 2 ] de 0,003%. La fotorrespiración se producirá si [0 2 ] es superior al 21% ó la [CO 2 ] está por debajo del 0,003%. Durante la fotosíntesis, los estomas permanecen abiertos y pierden gran cantidad de agua. Si la humedad ambiental decae, las plantas deben cerrarlos, aumentando de este modo la [O 2 ], lo que provoca la pérdida de eficacia fotosintética. Humedad

40 Adaptaciones a la humedad C3: Trigo, patata, arroz, algodón En condiciones de sequía cierran los estomas, por lo que aumenta la [O 2 ] y comienza la fotorrespiración. Máxima productividad: 10-30t/ha. C4: Maíz, caña de azúcar, mijo Bombean C0 2 al interior de la hoja con lo que evitan la fotorrespiración. Máxima productividad: 60-80t/ha. Las CAM (desérticas) almacenan CO 2 durante la noche.

41 Falta de nutrientes Los principales factores limitantes son el P y N. Cuándo falta el N aparecen organismos fijadores de N 2 atmosférico (Rhizobium). El principal problema es el reciclaje de la materia, distancia entre los descomponedores y los productores. El traslado de los elementos consume energía.

42 Falta de nutrientes en los océanos En los océanos la fotosíntesis sólo puede realizarse en los 200 primeros m, mientras que los descomponedores actúan en los fondos marinos. Los nutrientes: Ascienden en zonas de afloramiento (corrientes verticales) Llegan del continente por los ríos. Llegan con las corrientes marinas.

43 Nutrientes en el continente El reciclaje de nutrientes requiere menos energía porque las distancias son menores (Entre la copa del árbol y el suelo). Aumenta por lixiviado o explotación humana.

44 La luz En los sistemas terrestres acuáticos la fotosíntesis está limitada a los 200 primeros metros. En los sistemas terrestres al aumentar la intensidad lumínica aumenta la producción primaria hasta un el valor de saturación. La actividad fotosintética se ve limitada por los fotosistemas, que poseen varios centros de captación para un único centro de reacción que llega a saturarse.

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