2.2 FLUJO DE ENERGÍA

Transcripción

1 2.2 FLUJO DE ENERGÍA Instituto Tecnológico de Toluca Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica 'Desarrollo Sustentable' (ACD-0908) Elaboró: M.C. Yenissei Hernández Castañeda Ecosistemas: Flujo de Energía La energía es la fuerza impulsora de un ecosistema. Los organismos vivos en condiciones adecuadas de temperatura, luz, humedad, espacio, etcétera, requieren del ambiente: 1. Sustancias químicas para elaborar materia viva. 2. Energía 1

2 Fuentes de Energía En el ambiente hay básicamente dos fuentes de energía: 1. Autótrofa 2. Heterótrofa Organismos Autótrofos Los organismos autótrofos captan la energía (luminosa o química) y la utilizan para elaborar su alimento. La producción autótrofa de materia orgánica rica en energía se lleva a cabo típicamente dentro del ecosistema por las plantas verdes en presencia de luz por vía del proceso de fotosíntesis. También se produce algo de energía en los ecosistemas marinos profundos alrededor de chimeneas hidrotérmicas por bacterias oxidantes de azufre (quimiosintéticas). 2

3 Organismos Heterótrofos Una fuente de energía heterótrofa es aquella en que la energía química se importa como materia orgánica que se originó de la producción primaria de un autótrofo. Los organismos heterótrofos degradan, asimilan y desintegran las sustancias orgánicas requeridas en los procesos vitales (emplean las sustancias elaboradas por los autótrofos). Interacción entre organismos De la interacción entre los organismos autótrofos y los heterótrofos depende: La estructura trófica (flujo de energía a través de los ecosistemas). Ciclos de materia dentro y entre ecosistemas. Diversidad biótica. 3

4 Interacción entre organismos En todos los ecosistemas existen flujos de materia y energía dentro del mismo sistema y entre el ecosistema y sus alrededores. La latitud determina la cantidad de luz solar recibida. La cantidad de luz solar y la cantidad de humedad recibida determina a un ecosistema. Dependiendo del tipo y fuente de energía serán el tipo y número de organismos así como el desarrollo de dicho ecosistema. Leyes de la Termodinámica La corriente de energía de un ecosistema está regida por la primera y segunda ley de la termodinámica: 1ra ley de la termodinámica: la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. 2da ley de la termodinámica: la energía no puede ser utilizada una y otra vez, las transformaciones de energía son ineficientes, la energía no se recicla totalmente (degradación de la energía de una forma más útil a una menos útil). 4

5 Leyes de la Termodinámica La energía no puede ser utilizada una y otra vez, ya que cuando ingresa a un ecosistema y se utiliza no es restaurada a su forma original, pues la energía química usada por los herbívoros ó consumidores nunca regresa a una forma de energía lumínica. Las transferencias de energía son ineficientes, ya que en su mayor parte se convierte en calor. En cambio, las sustancias químicas son usadas una y otra vez dentro de los ecosistemas. CLASIFICACIÓN DE ECOSISTEMAS DE ODUM 5

6 1. Naturales, impulsados por el sol Constituyen el módulo básico de sostén de vida en la Tierra. El flujo energético medio anual es del orden de 0,3 W/m 2. Corresponden a esta categoría de ecosistema: los océanos abiertos, las grandes extensiones de bosques y praderas, los amplios y profundos lagos, en donde la energía solar directa constituye la principal fuente de energía, existiendo otros factores que limitan el desarrollo de la vida como, por ejemplo, escasez de nutrientes o agua. En general disponen de poca energía y su productividad es reducida. 2. Impulsados por el sol, subsidiados por otras fuentes de energía Estos son sistemas naturalmente productivos, que no sólo tienen una alta capacidad para sostener la vida, sino que, producen un exceso de materia orgánica que se exporta a otros sistemas o se almacena. El flujo energético anual medio es del orden de 3 W/m 2. Un estuario es un buen ejemplo de este tipo de ecosistemas, en donde, además de la energía solar directa, se cuenta con la energía de las olas, mareas y corrientes, que permiten reciclar parcialmente los nutrientes minerales, transportan alimentos y desechos, permitiendo a los organismos llevar a cabo una conversión de energía solar más eficiente. Estos subsidios energéticos pueden tener muchas otras formas, tales como la lluvia y el viento en un bosque tropical, o la materia orgánica y los nutrientes provenientes de las hojas muertas recibidos en un pequeño lago desde una vertiente. 6

7 01/10/14 3. Ecosistemas impulsados por el Sol, subsidiados por el Hombre La fuente primaria de energía para el desarrollo de la vida en tales ecosistemas sigue siendo el Sol, pero con un considerable aporte de energía entregada por el hombre. Los flujos energéticos son del orden de 5 W/m2. La agricultura, la acuicultura y la silvicultura son claros ejemplos de esta categoría. Se obtienen grandes rendimientos en los cultivos alimenticios mediante los aportes de combustibles, energía mecánica animal, riego, fertilización, selección genética y control de plagas, todos los cuales representan energía adicional aplicada directa o indirectamente. Los alimentos y fibras obtenidos de la producción agrícola y forestal se hacen en parte, de petróleo. 4. Ecosistemas urbano-industriales impulsados por combustibles La energía potencial altamente concentrada de los combustibles reemplaza en gran medida a la energía solar, con flujos energéticos en el rango W/m2. Una ciudad como Tokio, tiene una densidad de consumo energético del orden de 400 W/m2 (cifra comparable con la energía solar que llega a la superficie terrestre: W/m2), y el promedio para la Cuenca Industrial del Río Rin de 10 W/m2. 7

8 4. Ecosistemas urbano-industriales impulsados por combustibles En su extremo más drástico, ello representa una seria anomalía del desarrollo social moderno, ya que el complejo urbano-industrial se transforma en un verdadero parásito de los otros ecosistemas, tomando de ellos los materiales y combustibles, lo que genera nuevas riquezas y nuevos residuos. Si se lograra utilizar en forma concentrada la energía solar directa en los centros urbanos, para suplir sus diferentes requerimientos energéticos y materiales primarios, y reemplazar parcialmente los combustibles fósiles y la importación de alimentos desde las zonas rurales, ello tendría un efecto global beneficioso para la Humanidad y su entorno natural Cadena alimenticia y niveles tróficos (flujo de energía en un ecosistema) 8

9 Cadena Trófica Una cadena trófica es la secuencia de organismos de un ecosistema que se alimentan unos de los otros. Es la caracterización lineal del flujo químico y de energía a través de los organismos. Cada organismo de una cadena trófica se halla desplazado de la fuente energética inicial, el sol, por otro nivel alimentario. El nivel alimentario o trófico de un organismo es su posición respecto a la entrada inicial de energía a través de los productores primarios. Sol Plantas (productor) Gusano (hervíboro) Pájaro (omnívoro) Humano (omnívoro) Cadena Trófica Según el tipo de materia que requieran los diversos organismos, la forma de aprovecharla y el lugar que ocupen en la cadena alimentaria, podemos distinguir los niveles tróficos siguientes. 1. Productores: forman materia orgánica a partir de materia inorgánica y de la energía. Si esta energía proviene de compuestos químicos se llaman quimioautótrofos, y al proceso quimiosíntesis. Si proviene del Sol se llaman fotoaútrofos, y al proceso fotosíntesis. Pertenecen a este nivel las plantas, las algas y las bacterias quimiosintéticas y fotosintéticas. 9

10 Cadena Trófica 2. Consumidores Son organismos heterótrofos que consumen materia orgánica viva de otros seres vivos. Existen tres tipos: Consumidores primarios: Son los que se alimenta directamente de los productores, como muchos de los mamíferos, que comúnmente llamamos herbívoros y los insectos. Consumidores secundarios: Son los organismos que se alimentan de consumidores primarios. Por ejemplo los animales, carnívoros que se alimentan de herbívoros. Consumidores terciarios: Son los organismos que se alimentan de consumidores secundarios, por ejemplo animales carnívoros que se alimentan de otros animales carnívoros. Cadena Trófica 3. Descomponedores: Son los organismos que se alimentan de materia orgánica procedente de los desechos o restos de los seres vivos que hay en el ecosistema. Transforman la materia orgánica en materia inorgánica que se libera en el medio, cerrando de este modo el ciclo de la materia en el ecosistema. Son ciertas bacterias y hongos. 10

11 Niveles Tróficos Definimos niveles tróficos como cada una de las posiciones que se pueden distinguir en una cadena trófica. PROCESOS CÍCLICOS Sol Productor 1er Nivel Hervíboro 2do Nivel Carnívoro 3er Nivel Descomponedores (microorganismos) Niveles Tróficos Dado que un nivel trófico es cada uno de los eslabones que forman la cadena de alimentos un mismo organismo puede ocupar diferentes niveles tróficos al mismo tiempo (por ejemplo, el hombre). La eficiencia de un nivel trófico es la medida de la proporción que se aprovecha del alimento que se toma de los niveles inferiores para hacer aumentar la biomasa de ese nivel, comparada con la parte que se pierde y se disipa en el proceso. En los niveles superiores, la energía disponible es más escasa. Estos organismos tienen que aprovechar al máximo lo que toman de los niveles inferiores y por ello son más eficientes. Además, con frecuencia, no se limitan a buscar su alimento en el nivel trófico inmediatamente inferior, sino que lo buscan también en otros niveles situados más abajo, como hacen los omnívoros, el ser humano entre ellos. 11

12 Cadenas Tróficas Las cadenas tróficas son tan raras que en la realidad no existen. El flujo de materia y energía deja de ser lineal, para convertirse en una intrincada y compleja red de relaciones tróficas, incluso en un ecosistema pequeño, con pocas especies, denominada red trófica. Un consumidor puede ser consumido por más de un consumidor primario y, éste a su vez, podrá consumir más de un tipo de productor. 12

13 Práctica: Ecosistemas INSTRUCCIONES: 1. Por equipos de trabajo deberán realizar un dibujo o esquema de cualquier ecosistema, identificando los elementos de éste en el mismo. 2. El trabajo realizado deberá presentarse frente al resto del grupo. Proyección de Video EL PLANETA Y SU STATUS, VOL. 1 EXISTE UNA CRISIS? DE DAVID ATTENBOROUGH (BBC). 13