FLUJO DE ENERGIA EN LOS ECOSISTEMAS

Transcripción

1 FLUJO DE ENERGIA EN LOS ECOSISTEMAS CONTENIDO: Energía Leyes de Termodinámica Ley del Diezmo Ecológico Efecto Invernadero

2 ENERGIA Desde el punto de vista de la termodinámica, la energía se define como la capacidad para hacer un trabajo; este puede ser físico, mecánico, biológico o ecológico.

3 TIPOS DE ENERGIA SOLAR QUÍMICA CALORÍFICA CINETICA POTENCIAL MECÁNICA

4 ENERGIA SOLAR Una mínima cantidad de la energía generada en el Sol es enviada hacia la Tierra y aproximadamente, la mitad de la energía solar que logra atravesar la atmósfera y llegar a la superficie del planeta, es utilizada por las plantas y algunos microorganismos para llevar a cabo el proceso de FOTOSÍNTESIS.

5 ENERGIA SOLAR 1/3 de la Energía proveniente del sol se refleja en: Nubes Polvo atmosférico Nieve, mar, arena 14% : se absorbe por los gases a medida que penetra a la atmósfera. Del 50% 25% es absorbida por la Superficie y el otro 25% es Esparcida en la Atmósfera.

6 FOTOSINTESIS Y RESPIRACION TANTO EN EL PROCESO DE FOTOSINTESIS COMO EN LA RESPIRACION SE DESPERDICIA ENERGIA EN FORMA DE CALOR

7 FOTOSINTESIS Las plantas capturan la Energía Luminosa proveniente del Sol y la transforman en Energía Química. Con esta energía, el CO 2, el agua y los nitratos que las plantas absorben, se efectúa una reacción química sintetizando las moléculas de Carbohidratos (glucosa, almidón, celulosa, etc.) La fotosíntesis une químicamente dos compuestos inorgánicos comunes, Dióxido de Carbono (CO2) y Agua (H2O), para formar Glucosa (C6H12O6), con la liberación de Oxígeno (O2).

8 FOTOSINTESIS El balance químico global de la reacción fotosintética es: 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Sólo un tercio (y habitualmente mucho menos) de la energía luminosa absorbida por los pigmentos fotosintéticos finalmente aparece en las moléculas de los carbohidratos.

9 RESPIRACION En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. En este proceso se consume O 2 y se desprende CO 2 y agua. C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + Energía

10 PRODUCTIVIDAD EN LOS ECOSISTEMAS LA PRODUCCIÓN PRIMARIA VARÍA SUSTANCIAL MENTE DE UN ECOSISTEMA A OTRO.

11 PRODUCTIVIDAD EN LOS ECOSISTEMAS Cuando se habla de producción de un ecosistema se hace referencia a la cantidad de energía que ese ecosistema es capaz de aprovechar. PRODUCCION O PRODUCTIVIDAD PRIMARIA: es la fijación de energía que realizan los autótrofos en un ecosistema. TASA DE PRODUCCION PRIMARIA: es la cantidad de energía fijada en un intervalo de tiempo dado.

12 PRODUCCION PRIMARIA Los ecólogos utilizan principalmente dos formas de medir la producción primaria: Tasa de absorción de carbono por los productores primarios Cantidad de biomasa u oxígeno producido

13 PPB Y PPN La Producción Primaria Bruta (PPB) de un ecosistema es la energía total fijada por fotosíntesis por las plantas, denominadas Productores Primarios. La Producción Primaria Neta (PPN) es la energía acumulada en las plantas, y la que por tanto se encuentra disponible para los consumidores.

14 PRODUCCION PRIMARIA BRUTA Metabolismo Respiratorio FOTOSINTESIS (Producción Bruta) Costo de la Biosíntesis Biosíntesis Mantenimiento Tisular Crecimiento y Reproducción Tisulares (PPN)

15 PRODUCCION PRIMARIA NETA Cuando la PPN es positiva, la biomasa de las plantas del ecosistema va aumentando. EJEMPLO: Cuando un bosque ha envejecido, sigue haciendo fotosíntesis pero toda la energía que recoge la emplea en la respiración, la producción neta se hace cero y la masa de las plantas del bosque ya no aumenta.

16 FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA La producción primaria TERRESTRE generalmente está limitada por: Temperatura Humedad La influencia de la humedad y la temperatura en la tasa de producción primaria se puede estimar a través de la evapotranspiración real anual.

17 Evapotranspiración Real Anual (ERA) Es la cantidad total de agua que evapora y transpira un paisaje durante el curso de un año y se mide en mm H2O/año. El proceso de ERA es afectado por la temperatura y las precipitaciones

18 RANGOS DE EVAPOTRANSPIRACION EN DIFERENTES ECOSISTEMAS

19 FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA Factores que afectan la PPN Terrestre Estudio a partir del uso de Nitrógeno y Fósforo

20 FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA La producción primaria en ambientes acuáticos generalmente está limitada por la disponibilidad de nutrientes. Existe una buena correlación entre la biomasa de fitoplancton (principalmente algas) y la tasa de producción primaria.

21 FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA Lo anterior se corresponde con la fuerte correlación positiva que se existe entre las concentraciones de clorofila y las tasas de fotosíntesis El fósforo parece ser un nutriente esencial para el desarrollo del fitoplancton y por tanto, es un factor limitante de la productividad primaria en ecosistemas de agua dulce.

22 EFICIENCIA Llamamos Eficiencia de la Producción Primaria al cociente entre la energía fijada por la producción primaria y la energía de la luz solar que llega a ese ecosistema. El C, el N y el P, entre otros, son los elementos que las plantas necesitan. La producción depende siempre del más escaso de esos elementos: el llamado Factor Limitante. Normalmente suele ser el P, aunque a veces lo es el N.

23 PRODUCCION SECUNDARIA Los productores secundarios son todo el conjunto de animales y detritívoros que se alimentan de los organismos fotosintéticos. Los herbívoros se alimentan directamente de las plantas, pero los diferentes niveles de carnívoros y los detritívoros también reciben la energía indirectamente de las plantas, a través de la cadena trófica

24 PRODUCCION SECUNDARIA NETA Producción Secundaria Neta (PSN): Incremento de biomasa en un determinado tiempo en los diferentes niveles de consumidores. Resultante de restar a la biomasa ingerida (la disponible como PPN del nivel trófico anterior) la consumida por respiración (glucolisis u otros procesos) y la no aprovechada (desechos)

25 PRODUCCION NETA DE UN ECOSISTEMA Producción Neta de un Ecosistema (PNE): Incremento de biomasa que ha tenido lugar en un ecosistema en un tiempo determinado debido a la fotosíntesis, tras restarle todo lo consumido por la respiración de todos los niveles tróficos.

26 COMO SE MIDE LA ENERGIA EN UN ECOSISTEMA En la siguiente tabla aparecen datos de la producción de dos ecosistemas: un campo de cultivo (baja diversidad específica y alto estrés) y un bosque ecuatorial (alta diversidad específica, bajo estrés) A) Compáralos y justifica las diferencias B) Qué pasaría si en un ecosistema la PNE fuese negativa? RH = Respiración de heterótrofos RA = Respiración de autótrofos PPN = PPB - RA PNE = PPN - RH

27 LEYES DE LA TERMODINAMICA 1º ley (ley de la conservación de la energía): La energía se transforma pero no se destruye. 2º ley (ley de la entropía): Todo proceso que implique una transformación de energía se produce por una degradación de esa energía, desde una forma concentrada (materia orgánica) a una dispersa (calor). Por esta razón ninguna transformación es 100% eficiente.

28 LEYES DE LA TERMODINAMICA No es muy eficaz la transferencia de energía de un lugar a otro, en cada transferencia se pierde energía que deja de ser útil. Cada vez es menor para producir trabajo

29 LA TIERRA ES UN SISTEMA ABIERTO Se considera un Sistema Abierto debido a que recibe energía constante que proviene del sol y de igual forma gran cantidad de energía calórica fluye al exterior. Se basa en el Equilibrio Energético: Entrada salida Sucede lo contrario con el flujo de MATERIA, ya que ésta siempre se transforma y permanece en nuestro planeta. En este caso se considera un Sistema Cerrado.

30 ENTRADAS Y SALIDAS ENERGETICAS Heterótrofo (Hervívoro) Autótrofros

31 ENTRADAS Y SALIDAS ENERGETICAS Heterótrofo (Carnívoro) Reductor

32 ENTRADAS Y SALIDAS ENERGETICAS Parásito

33 PRODUCTORES HERBÍVOROS CARNÍVOROS I CARNÍVOROS II Consumidores primarios Consumidores secundarios Consumidores terciarios NIVELES TROFICOS Número de etapas que separan un organismo de la producción primaria. Por ejemplo, los productores se encuentran en el primer nivel Trófico.

34 PRODUCTORES Autótrofos fotosintéticos que utilizan luz como fuente de energía y CO 2 como fuente de C HERBÍVOROS Heterótrofos que se nutren de la materia orgánica fabricada por los Productores CARNÍVOROS II Heterótrofos Se nutren de los carnívoros I DETRITÍVOROS DESCOMPONEDORES Heterótrofos Se nutren de detritos (hongos, bacterias) CARNÍVOROS I Heterótrofos - Se nutren de los herbívoros NIVELES TROFICOS El ecosistema concebido como un flujo de materia y energía. Parte del flujo de materia y energía se plasma en las relaciones tróficas entre los niveles tróficos.

35 CADENA TROFICA Se denomina Cadena Trófica a la transferencia de Energía en forma de Alimento, desde su fuente en los Autótrofos y a través de una serie de organismos que consumen y son consumidos. En cada transferencia se pierde una proporción (que a menudo equivale a un 80 ó 90%) de energía potencial que se convierte en calor.

36 ENTRE MÁS CORTA ES LA CADENA O MÁS CERCA ESTÁ EL ORGANISMO DEL PRINCIPIO DE LA MISMA, MAYOR ES LA ENERGÍA DE QUE DISPONE LA POBLACIÓN. CADENA TROFICA

37 CADENA TROFICA Cadena Trófica de Apacentamiento Son las que habiendo empezado por una planta verde, pasan a herbívoros y luego a carnívoros. Cadena Trófica de Detritos Va de la materia orgánica muerta a microorganismos y luego a organismos detritófagos (o detritívoros) y depredadores.

38 PIRAMIDES ECOLOGICAS SON LA REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LA ESTRUCTURA Y FUNCION TROFICA DE UN ECOSISTEMA DADO. PUEDEN ESTAR EN FUNCION DE VARIABLES COMO LOS NUMEROS, BIOMASA O ENERGIA (PRODUCCION).

39 PIRAMIDES ECOLOGICAS Los descomponedores, a veces, se representan mediante un rectángulo perpendicular al de los productores y apoyado en éste Cada nivel trófico está representado por un rectángulo (o paralelepípedo, si 3D) El resto de los pisos representa al resto de los niveles tróficos Todas las alturas de los rectángulos son iguales El ancho del rectángulo es proporcional al valor de la variable estudiada (en este caso, biomasa) Pirámide de biomasa en los Silver Springs (Florida), surgencias de agua templada de temperatura constante En la base se sitúan los productores

40 La energía en el ecosistema Pirámides ecológicas (II) PIRAMIDES ECOLOGICAS El rectángulo que representa a los productores es siempre el mayor, indicando la cantidad de energía necesaria para sostener el resto de la biocenosis Pirámide de energía Las pirámides de biomasa o números pueden ser invertidas cuando los productores representan poca masa, pero tienen altas tasas de renovación de sus poblaciones, lo que garantiza un rendimiento fotosintético asegurado para el siguiente nivel trófico Pirámides de biomasa Productores con muy poca biomasa, pero altas tasas de renovación de sus poblaciones Las especies herbáceas son más pequeñas, pero mas numerosas Pirámides de números Muchos herbívoros, pero pocas encinas

41 PRINCIPIO DEL DIEZMO ECOLOGICO El principio del diezmo ecológico o ley del diez por ciento, establece que: el total de la energía que contiene un nivel trófico de un ecosistema alcanza una magnitud igual a un décimo de la que corresponde al nivel que le antecede

42 PRINCIPIO DEL DIEZMO ECOLOGICO Solo el 10% de la energía precedente de un nivel puede ser obtenida por los organismos del nivel trófico inmediatamente superior. En cada transferencia se presenta una considerable perdida de energía. A mayor nivel, menor cantidad de energía disponible. 80% - 90% de la energía que recibe un organismo de un nivel trófico se emplea antes de ser transferida al otro nivel. La energía total contenida en un nivel trófico de un ecosistema alcanza una magnitud igual a solo 1/10 de la correspondiente al nivel precedente.

43 PRINCIPIO DEL DIEZMO ECOLOGICO La cantidad total de energía para un ecosistema se determina por la actividad fotosintética de los productores. Los organismos de niveles más bajos tienden a alcanzar mayor cantidad de energía utilizable. Se determina un límite del número de niveles tróficos que deben poseer las redes alimenticias.

44 CONCENTRACION DE SUSTANCIAS TOXICAS A TRAVES DE LAS CADENAS TROFICAS LA CONCENTRACION DE SUSTANCIAS TOXICAS EN LAS CADENAS TROFICAS O BIOMAGNIFICACION SE EJEMPLIFICA DE FORMA CLARA CON EL COMPORTAMIENTO DE LOS PLAGUICIDAS

45 Consumo energético humano El hombre obtiene su energía interna de los alimentos que ingiere. Puede ocupar más de un nivel trófico, ya que consume vegetales, herbívoros y varios carnívoros. El consumo de la energía interna ha permanecido relativamente constante a través de la historia (2200 cal día), el consumo de energía externa se ha incrementado notablemente a partir desarrollo tecnológico (Fig. 1). La mayor parte de la energía externa proviene de los combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas.

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47 ECOSISTEMAS HUMANOS Ecosistemas naturales maduros: ecosistemas que aparecen, más o menos, en su estado natural. Generalmente no son habitados ni empleados por el hombre. Ecosistemas naturales controlados: Ecosistemas que controla el hombre para uso recreativo, o bien, para la producción de recursos naturales, ejemplo: áreas de caza, parques, bosques controlados. Ecosistemas productivos: ecosistemas que emplea el hombre para la producción intensiva de alimentos, o de recursos naturales, ejemplo: granjas, minas, fincas ganaderas. Ecosistemas urbanos: Ecosistemas en los que el hombre vive y trabaja, ejemplo: áreas industriales, ciudades, pueblos.

48 Emisión de gases efecto invernadero en un ecosistema acuatico eutrofizado Gases efecto invernadero CO2, CH4, H2O, NOx, Eutrofización es el enriquecimiento de nutrientes en un ecosistema acuático y que causa la floración algal.

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52 EL EFECTO INVERNADERO El efecto invernadero habla del cambio en el estado de equilibrio de temperatura en un planeta o luna debido a la presencia de una atmósfera gaseosa que absorbe y emite radiación infrarroja (calor).

53 EL EFECTO INVERNADERO Los gases de efecto invernadero (que incluyen el vapor de agua, dióxido de carbono y metano) calientan la atmósfera por una eficiente absorción térmica de la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre, la atmósfera y las nubes. Como resultado de esta absorción, la atmósfera también irradia calor en todas las direcciones, incluyendo hacia abajo a la superficie terrestre.

54 EL EFECTO INVERNADERO Los gases de efecto invernadero, por lo tanto, atrapan el calor dentro del sistema superficie-troposfera. Este mecanismo es diferente al de un verdadero mecanismo de invernadero, donde el aislamiento del aire en el interior de la estructura, que evita la convección y conducción es lo que calienta el aire interno.