Download Unidad 4: Circulación de materia y energía en la biosfera.

Ciencias de la Tierra y
Medioambientales
2º Bachillerato
Curso 2015-16
Bloque 2
LA BIOSFERA
• Unidad 4: Circulación de materia y energía en la
biosfera
• Unidad 5: Organización y diversidad de la
biosfera
Bloque 2
LA BIOSFERA
Contenidos
• El ecosistema: componentes e interacciones. Los biomas terrestres y
acuáticos.
• Relaciones tróficas entre los organismos de los ecosistemas.
Representación gráfica e interpretación de las relaciones tróficas en un
ecosistema. Biomasa y producción biológica.
• Los ciclos biogeoquímicos del oxígeno, el carbono, el nitrógeno, el fósforo y
el azufre.
• El ecosistema en el tiempo: sucesión, autorregulación y regresión.
• La biosfera como patrimonio y como recurso frágil y limitado. Impactos
sobre la biosfera: deforestación y pérdida de biodiversidad.
Unidad 4:
Circulación de materia y
energía en la biosfera
Biosfera
Conjunto de todos los seres vivos que habitan la Tierra.
Área ocupada por materia viva.
Es un sistema abierto: intercambia materia y energía con el
entorno.
 Retiene la energía el
mayor tiempo posible en
sus estructuras, antes de
que la energía se disipe
en forma de calor.
 Los descomponedores
reciclan la materia.
 En los ciclos
biogeoquímicos, la
materia que sale de la
biosfera recorre otros
sistemas terrestres
(atmósfera, hidrosfera,
geosfera).
Ecosistema
Sistema natural formado por componentes vivos y no vivos que
interactúan entre sí.
ECOSISTEMA
=
COMUNIDAD O BIOCENOSIS
(parte biótica)
+
BIOTOPO
(parte abiótica)
Ecosfera
Conjunto de todos los ecosistemas
de la Tierra. La biosfera sería su
biocenosis.
Es un sistema cerrado para la
materia y abierto para la energía.
Biomas
Son los grandes
ecosistemas de la
Tierra.
•
•
•
•
•
•
•
•
Tundra
Taiga
Bosque caducifolio
Vegetación
mediterránea o
esclerófila
Estepas y praderas
Sabana
Selva tropical
Desierto
3 niveles tróficos
Relaciones tróficas.
Transferencia de energía.
1º Productores
Autótrofos
2º Consumidores
Heterótrofos
3º Descomponedores
Detritívoros saprofitos
1º Productores (autótrofos)
Incluye dos tipos de organismos:
 Fotosintéticos: la energía es
solar. Plantas y fitoplancton.
 Quimiosintéticos: la energía
viene de oxidar moléculas
inorgánicas. Bacterias.
glucosa
Fotosíntesis:
6 CO2 + 6 H2O + E solar  6 O2 + C6H12O6
La materia orgánica que producen con la fotosíntesis:
• La degradan con la respiración:
6 O2 + C6H12O6  6 CO2 + 6 H2O + calor
• La almacenan en tejidos vegetales (que se comerán los
consumidores).
2º Consumidores (heterótrofos)
Consumen la materia orgánica producida por los autótrofos.
Tipos:
 Herbívoros o
consumidores primarios
 Carnívoros o
Consumidores secundarios
 Carnívoros finales
 Omnívoros, que se
alimentan de más de un
nivel trófico
 Carroñeros o necrófagos.
3º Descomponedores
(Detritívoros saprofitos)
Transforman la materia orgánica en moléculas
sencillas inorgánicas (que puedan utilizar los
fotosintéticos).
Son bacterias y hongos del suelo y el
agua. Reciclan la materia.
El ciclo de la materia tiende a ser
cerrado (aunque pueden escapar
nutrientes por gasificación o lixiviado,
o enterrarse en condiciones
anaerobias).
El flujo de la energía mueve el ciclo
de la materia (son parecidos los
recorridos de la energía y de un
átomo de C).
Flujo de energía
El flujo de energía es unidireccional. Va disminuyendo porque se
degrada en la respiración y se desprende como calor (en el
mantenimiento).
Energía entrante
(solar o alimento)
=
Energía almacenada
(m.o.)
+
Energía saliente
(calor)
Esta disminución de la energía en
las cadenas tróficas es lo que hace
que como máximo suela haber 5
eslabones tróficos.
La regla del 10% dice que la energía que pasa de
un eslabón a otro es el 10% de la energía
acumulada en él. (No es constante el %).
Por eso hay pocos eslabones.
Parámetros tróficos
Sirven para evaluar la rentabilidad
tanto de un solo nivel trófico como de
un ecosistema completo.
Estudiaremos 5 parámetros:
1.
2.
3.
4.
5.
Biomasa. (Capital).
Producción. (Intereses).
Productividad. (Tasa de
renovación).
Tiempo de renovación.
Eficiencia.
(Salidas/Entradas).
1. Biomasa (=Capital)
Cantidad de materia orgánica (viva o muerta) de un nivel trófico o
ecosistema.
Sirve de almacén de energía.
Unidades:
• g, kg, mg. (1g de m.o. ~ 4-5 kcal).
• Se suele indicar la cantidad de m.o./área o volumen:
g C/cm2; kg C/m2; t C/ha; (1ha = 1 hm2).
2. Producción (=Intereses)
Cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico.
Unidades: g C/m2·día; Kcal/ha·año…
Puede ser:
 Producción primaria  fijada por autótrofos.
 Producción secundaria  resto de niveles tróficos.
2. Producción (=Intereses)
Ambos tipos de producción, a su vez, pueden ser:
• Producción bruta: cantidad de energía fijada/tiempo. Por
ejemplo: total fotosintetizado o total asimilado.
• Producción neta: cantidad de energía almacenada/tiempo.
Es el aumento de biomasa (descontando la respiración), que
queda disponible para el siguiente nivel trófico.
Producció
n bruta
=
Producció
n neta
+
Respiración
(mantenim.)
Ejemplo
¿Es comparable la producción neta de un cereal con la de un árbol?
No, pues sería como comparar el número total de parados en EEUU y en
España.
El dato que debemos comparar es la tasa de paro: Tasa de paro = nº
parados/población.
Para comparar las producciones las dividimos por su biomasa
(capital),
con lo que obtenemos un nuevo parámetro, la
productividad.
3. Productividad (Tasa de renovación)
La
productividad
es mayor en
una pradera
que en una
selva.
Es la relación entre la producción neta y la biomasa.
Indica la velocidad de renovación de la biomasa. Es mayor
cuanto más joven sea el organismo.
PRODUCTIVIDAD = PRODUCCIÓN NETA (Pn)/BIOMASA (B)
Sus unidades son: tiempo-1
Pneta (g/m2·día) / Biomasa (g/m2) = días-1
4. Tiempo de renovación
Período que tarda en renovarse un nivel trófico o sistema. Es la
inversa de la productividad.
TIEMPO DE RENOVACIÓN = BIOMASA/PRODUCCIÓN NETA
TIEMPO DE RENOVACIÓN = PRODUCTIVIDAD-1
Sus unidades son: tiempo (días, años…)
Ejemplo
Comparación entre una pradera y un bosque tropical
Ecosistema
Pradera
Bosque
tropical
Producción
bruta
gC/m2·día
4
6,5
Biomasa
kgC/m2
Respiración
(mantenim)
gC/m2·día
Producción
neta (PB-R)
gC/m2·día
Productividad
(PN/B) días -1
2
2
4-2=2
2/2000=0,001
6,5-6=0,5
0,5/18000=
0,00002778
18
6
Es mucho mayor la productividad de la pradera (0,001
días-1), porque tiene que mantener menor cantidad de
biomasa.
Esto indica que su tiempo de renovación es menor (1000
días) que en el bosque (36000 días).
Supone menor deterioro aprovechar la pradera para la alimentación,
pues el bosque tardaría mucho más tiempo en recuperarse.
5. Eficiencia (Salidas/Entradas)
Rendimiento de un nivel trófico o sistema.
En
productores, puede calcularse de dos formas:
• Para la producción bruta:
Eficiencia = E asimilada/E solar incidente
• Para la producción neta (se incluyen las pérdidas por respiración, las
cuales son mayores en los ecosistemas terrestres):
Eficiencia = Pneta (E almacenada)/Pbruta (E asimilada)
En
consumidores
se calcula:
Eficiencia = Pneta /Alimento total ingerido
Sería equivalente al parámetro que se emplea
en ganadería: engorde/alimento ingerido.
SEGÚN EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO Y LA REGLA DEL
10%, ES MÁS EFICIENTE ALIMENTARSE DE VEGETALES: SE
APROVECHA MÁS LA ENERGÍA Y SE PUEDE ALIMENTAR A MAYOR
NÚMERO DE INDIVIDUOS.
Bioacumulación
Proceso de acumulación de
sustancias tóxicas (metales
pesados o compuestos
orgánicos sintéticos) en
organismos vivos en
concentraciones cada vez
mayores y superiores a las
registradas en el medio
ambiente.
Las sustancias ingeridas no
pueden ser descompuestas ni
excretadas.
Pirámides ecológicas
También conocidas como pirámides tróficas o alimentarias.
Visualización de las cadenas tróficas.
Son barras horizontales de altura constante y longitud
proporcional al parámetro medido (energía acumulada,
biomasa, número de individuos…)
Hay tres tipos de
pirámides:
A.De energía.
B.De biomasa.
C.De números.
A. Pirámides de energía
Representan el contenido energético de cada nivel.
Tienen forma de pirámide: siguen la regla del 10%.
Unidades: kJ/m2·año; Kcal/m2·año.
La energía acumulada por los descomponedores no figura, pues es difícil
de medir: no se ven, no se pueden contar y se reproducen rápido.
B. Pirámides de biomasa
Se elaboran en función de la biomasa acumulada en cada nivel.
• Puede haber grandes diferencias de tamaño entre niveles.
• También puede haber escalones superiores mayores que inferiores.
• Las pirámides de ecosistemas marinos suelen presentar este efecto,
el escalón inferior es menor que el inmediatamente superior.
B. Pirámides de biomasa
En los ecosistemas marinos
los productores tienen gran tasa
de renovación (=productividad)
o, lo que es lo mismo, un
tiempo de renovación breve.
Esto permite mantener a un
eslabón superior mayor.
La productividad no depende
solo de la biomasa, sino también
de la renovación de ésta (en el
dibujo, de la velocidad a la que
gira el cilindro).
Ejemplo
Comparación entre un cultivo, un bosque y el océano.
(Actividad nº 6)
¿En qué eslabón se acumula
mayor cantidad de biomasa?
• En los ecosistemas terrestres
(cultivo y bosque) hay más
biomasa en los productores
• En el ecosistema marino
(océano) hay más biomasa en
los consumidores.
Los humanos nos alimentamos de
productores en terrestres y de
consumidores en marinos, que son
los eslabones donde se acumula
más biomasa.
C. Pirámides de números.
Recuento del número
total de individuos de
cada nivel.
Pueden ser
engañosas pues a
veces son invertidas
(por ej. un vegetal
con muchos pulgones
en él).
Ejemplo
Comparar pirámides de biomasa
(Actividad nº 7)
¿Cuál está invertida?
¿Qué condición es necesaria para que un nivel menor de biomasa
pueda mantener a otro mayor? (tener en cuenta alguno de los
parámetros tróficos estudiados)
Es posible la existencia de pirámides de biomasa invertidas, siempre que el
tiempo de renovación del eslabón anterior sea lo suficientemente breve
como para mantener a un nivel superior mayor. Por ejemplo, el fitoplancton
tarda en renovarse unas 24 horas.
Factores limitantes de la producción
primaria
Ley del mínimo (Liebig): el
crecimiento de una especie
vegetal está limitado por un
único elemento que está en
cantidad inferior a la mínima
necesaria y que actúa como
factor limitante.
1. Temperatura y humedad
La actividad (eficiencia)
fotosintética aumenta al
aumentar la temperatura
y al aumentar la
humedad.
Pero si la temperatura
aumenta demasiado, la
fotosíntesis decrece
bruscamente, al
desnaturalizarse los
enzimas.
La principal enzima es la RuBisCO (Ribulosa 1,5 bis P
carboxilasa-oxidasa), que tiene una doble actividad:
– Fotosíntesis (carboxilación), cuando la [CO2] es normal.
– Fotorrespiración (oxidación), cuando la [CO2] es baja. La
fotorrespiración resta eficiencia fotosintética (-30%-50%).
1. Temperatura y humedad
Pérdidas de agua:
Cuando se abren los estomas para que entre CO2 también
puede salir agua.
Durante el día (cuando la temperatura es más alta) se
pierde agua al abrir los estomas para hacer la fotosíntesis.
Esto ocurre en la mayoría de las
plantas, las llamadas C3 (trigo,
cebada, arroz, tomate…).
Es un problema cuando el clima
es caluroso y seco.
Hay dos posibles soluciones:
Plantas C4 y plantas con
mecanismo CAM.
C3 y C4 según el nº de átomos de C que contenga el primer compuesto sintetizado
durante el proceso fotosintético.
Productividad: C3 10-30 tn/ha · año; C4 60-80 tn/ha · año
1. Temperatura y humedad
• Plantas C4 (maíz, caña de azúcar, mijo, sorgo). (Climas cálidos
y secos)
Aun con poca [CO2] pueden acumular gran cantidad de CO2 de la atmósfera en
las hojas. Así consiguen que la Rubisco tenga siempre alta [CO2] y no pierden
eficiencia con la fotorrespiración.
• Plantas C4 con mecanismo CAM (cactus, crasuláceas) (Desérticas).
Fijan el CO2 por la noche en forma de ácidos, para gastarlo en la fotosíntesis
durante el día. Y durante el día pueden realizar la fotosíntesis con los estomas
cerrados.
CAM: Metabolismo Ácido de las Crasuláceas.
1. Temperatura y humedad
Temperaturas frías (inviernos largos y rigurosos)
Mecanismos de adaptación:
• Predominio de herbáceas anuales (pasan el invierno como
semillas).
• Desarrollo de estructuras subterráneas (bulbos, tubérculos,
rizomas…)
• Existencia de un fotoperíodo (época de máximo desarrollo de hojas
y flores).
2. Falta de nutrientes
Nódulos de
Rhizobium en
raíces de
leguminosas.
El CO2 no es un factor limitante, pues está en la atmósfera.
El P es el principal factor limitante de la producción primaria.
El N es el segundo factor en importancia. Cuando falta aparecen
microorganismos fijadores del N2 atmosférico.
Para reciclar nutrientes el principal problema es la distancia entre el lugar de
producción de la materia orgánica y el lugar de su degradación.
Se gasta energía externa en transportar los nutrientes de vuelta a las
zonas de producción. Esta energía externa puede ser natural (vientos, ciclo
del agua…) o artificial (fertilizantes).
2. Falta de nutrientes
En ecosistemas acuáticos esta
distancia es mayor: la fotosíntesis
ocurre en la superficie del agua y en el
fondo tiene lugar la degradación de
m.o.
Los nutrientes:
• Ascienden en zonas de
afloramiento (corrientes
verticales)
• Llegan por aportes continentales
(ríos)
• Llegan por corrientes superficiales
marinas.
En ecosistemas terrestres la
distancia es pequeña: de la copa del
árbol al suelo. Sólo puede llegar a ser
más grande por lixiviado o por
explotación humana.
Ejemplo
Zona de afloramiento en la costa de Perú
Se trata de una zona de afloramiento por el efecto de vacío de agua
generado sobre la superficie del mar cercana a la costa, ya que ha sido
arrastrada por los vientos alisios hacia el oeste.
Además del agua, también arrastra las nubes, por lo que la costa de la
que parten dichos vientos es árida (un desierto).
a) Nivel trófico de los
seres vivos de la figura:
• Productores:
fitoplancton.
• Consumidores primarios:
zooplancton;
secundarios: anchovetas;
terciarios: atunes y aves
marinas.
• Descomponedores:
bacterias.
Ejemplo (cont.)
b) ¿Por qué es alta la productividad en este lugar?
La energía externa que permite el reciclado de los nutrientes la
aporta el viento que arrastra las aguas superficiales, provocando el
ascenso de las profundas. Porque hay energía externa (el viento), que
acerca los nutrientes desde el fondo marino hasta la zona iluminada,
donde se produce la fotosíntesis.
C) Explica paso a paso el
bucle de realimentación
positiva establecido entre
todos los seres vivos que
constituyen la comunidad de
este ecosistema.
El bucle es positivo y la pesca
no decae por el aporte extra de
nutrientes por el afloramiento.
Esto permite que se pueda
seguir extrayendo energía del
sistema, en forma de alimentos.
Ejemplo (cont.)
d)¿Por qué la costa es árida?
Los vientos alisios, además de generar la corriente marina superficial que
provoca el afloramiento, también se llevan las nubes hacia el oeste del Pacífico,
por lo que no hay precipitaciones en las costas de las que parten, dejando una
zona sin humedad.
e)¿Qué otras zonas de la Biosfera (en todo el planeta) son también de
afloramiento?
Paradójicamente, los afloramientos coinciden en las costas situadas junto a los
grandes desiertos de California, Atacama (en este caso), Sahara y Namibia.
Ejemplo (cont.)
f) ¿Qué ocurriría si amainasen los alisios? ¿Qué pasaría con la
pesca?
Si amainasen, acabaría con la existencia del afloramiento, la
fertilización del fitoplancton y la riqueza pesquera.
Además, llovería en las costas de Perú, pues la nubes se quedan
allí: este hecho se conoce con el nombre de El Niño (u Oscilación
Meridional) (que veremos en la Unidad 8).
Es este fenómeno se caldea el agua superficial y se forma una
borrasca. Ocurre cada 3-5 años y dura 18 meses, teniendo su máximo
en Navidad, de donde le viene el nombre.
Ejemplo (cont.)
Ejemplo (cont.)
3. La luz y la disposición de las
unidades fotosintéticas
La luz llega a los fotosistemas (en
los cloroplastos), que tienen:
• Muchas moléculas captadoras
(clorofilas, carotenos), que actúan de
antena.
• Un solo centro de reacción (molécula
de clorofila especial).
Al aumentar la intensidad de la luz,
aumenta la fotosíntesis, hasta que se
satura. En este momento están ocupados
todos los centros de reacción.
Además, los sistemas de captación se hacen
sombra unos a otros.
La eficiencia fotosintética es mayor al
amanecer o al atardecer. En las horas
centrales del día la intensidad lumínica
provoca la saturación fotosintética.
Ejemplo
Bancos pesqueros de Terranova, Canadá
Los famosos bancos pesqueros de Terranova
deben su merecida fama a dos factores: por un
lado, se trata de una plataforma costera de poca
profundidad, y por otro, en ella choca la corriente
fría del Labrador con la cálida del Golfo.
Allí se concentran grandes cantidades de
capellinos (~sardinas), de los cuales se alimentan
otros peces, como el bacalao; aves, como las
gaviotas, alcas y alcatraces; y mamíferos, entre
los que destacan las focas, ballenas y yubartas
(“ballena jorobada”).
a) ¿Hay factores limitantes de la producción
primaria?
No hay factores limitantes que eviten la escasez
de nutrientes, pues hay energías externas:
•
•
•
•
Oleaje que agita los fondos (por tener poca
profundidad).
Aportes fluviales ricos en nutrientes.
Choque de corrientes de distinta temperatura.
La escasa profundidad hace que haya luz
suficiente para la fotosíntesis.
Ejemplo (cont.)
b) Elabora una cadena o red trófica del lugar, con las relaciones
causales.
c)¿Qué problemas supone la pesca excesiva?
La sobrepesca puede llegar a esquilmar la fauna marina; por lo que
es insostenible.
Ejemplo (cont.)
d) ¿Qué medidas se deben tomar para paliar la situación de
sobrepesca?
No pescar a un ritmo mayor que el tiempo de regeneración (recordar
Reglas de Herman Daly o Principios del Desarrollo Sostenible).
Ciclos biogeoquímicos
http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/
web/alumno/4ESO/Dinamica/contenidos4.htm#
Es el recorrido que hace la
materia desde que sale de la
biosfera (hacia la atmósfera,
hidrosfera, litosfera…) hasta
que vuelve de nuevo a la
biosfera.
A los lugares en los que
permanece mucho tiempo se
les llama sumideros,
almacenes o reservas.
Estos ciclos tienden a ser
cerrados, pero las
actividades humanas los
aceleran, y pueden
desestabilizar sus bucles de
regulación.
Ciclo del C
Ciclo del N
Ciclo del N
Resumen:
Abunda en la atmósfera (78%),
pero casi ningún organismo
puede tomarlo del aire, sólo las
bacterias fijadoras de N:
• Azotobacter (suelo)
• Cianobacterias (fitoplancton)
• Rhizobium (simbionte de
leguminosas)
• Hongo Frankia.
•
En tormentas, volcanes y combustiones, se forman óxidos de nitrógeno (NOx) a partir
del N2 y el O2. Después caen junto con el agua al suelo como HNO3 (lluvia ácida),
donde formará el NO3- que toman las plantas.
•
La mayoría del N que usan las plantas viene de la descomposición de la materia
orgánica, por las bacterias nitrificantes:
NH3 (seres vivos)

NO2-
Nitrosomonas
•

NO3- (abono plantas)
Nitrobacter
Las bacterias desnitrificantes actúan en condiciones anaerobias (encharcamiento o
pisoteo). Transforman los nitratos en N2, que escapa a la atmósfera y se empobrece el
suelo.
Ciclo del N
Hay actividades humanas que afectan al ciclo del N:
• Combustión a altas temperaturas: provoca la reacción del O2 y el
N2 del aire, formando NO2 que se libera a la atmósfera. Allí, junto
con el agua, formará el ácido nítrico de la lluvia ácida.
• El proceso de fijación industrial para fabricar fertilizantes
(método de Haber-Bosch).
• El abonado excesivo de los cultivos hace que se libere N2O a la
atmósfera (que aumenta el efecto invernadero).
• Por lixiviado los nitratos podrían llegar a otros lugares donde
provocaría eutrofización.
Ciclo del P
Ciclo del P
Es necesario para los seres vivos.
Se encuentra:
• Como fosfatos (PO43-): en el esqueleto de vertebrados y
disuelto en el líquido intra y extracelular (tampón pH).
• Formando parte de moléculas orgánicas esenciales: ATP,
ADN, ARN.
El P es el principal factor limitante de la fotosíntesis, pues
muchas
sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la
respiración celular están combinadas con él.
Las principales causas de la escasez del P son:
• No tiene fase gaseosa (no se puede tomar libremente de la
atmósfera).
• Muchos fosfatos son poco solubles, por lo que no están
disponibles para las plantas.
• Se libera muy lentamente de las rocas por meteorización (la
mayoría está en sedimentos oceánicos y rocas sedimentarias).
Ciclo del P
Los procesos
naturales que
retardan su
precipitación son:
• Afloramiento
desde las aguas
profundas.
• Oleaje de fondos
costeros.
• Aves marinas
(llevan P del mar
al continente).
Efecto de algunas actividades humanas sobre el ciclo del P:
• Pesca: Es parecido al efecto de las aves marinas. Traslada P al
continente desde el mar, con lo que retrasa su precipitación a los fondos
marinos.
• Abuso de fertilizantes químicos y uso de detergentes con fosfatos:
aceleran el ciclo, pues el arrastre por lavado y su transporte por las
alcantarillas favorecen su llegada al mar y su precipitación en el fondo
marino.
Ciclo del S
Animación Ciclo del Azufre (desde minuto 3):
Ciclos\Ciclo del Azufre.mp4
Ciclo del S
Suelo:
• Llegan al suelo
con la lluvia ácida
o como yesos (las
rocas evaporitas
que se forman en
mares poco
profundos).
• Se pierden por
lixiviado.
Biosfera:
• Las plantas, bacterias y hongos incorporan el S como sulfatos
y los reducen a SO3 y H2S, utilizable por los consumidores.
• Al morir los seres vivos, en su descomposición se libera ácido
Sulfhídrico (H2S) a la atmósfera o al suelo.
Ciclo del S
Océanos profundos y lugares anaerobios:
La principal reserva de S son los océanos (donde está como sulfato, SO4-2).
Llega por lixiviado y por lluvia ácida. Además, las bacterias sulforreductoras
transforman el sulfato en ácido sulfhídrico, y liberan oxígeno.
Este sulfhídrico puede:
•
Precipitar como pirita (desde donde saldrá por volcanes o al quemar combustibles
fósiles)
•
Llegar a zonas aerobias y volver a oxidarse a sulfatos.
Desde los océanos se pierde como sulfatos (sal marina arrancada por el
viento) y como ácido sulfhídrico transformado por las algas DMS, que hacen
que pase a la atmósfera.
Atmósfera:
• Recibe el S de diversas formas: por volcanes (H2S, SO2); por la
industria (SO2); como sulfatos marinos levantados por el viento;
desprendido en las putrefacciones (H2S); por las algas DMS (SO4-2
 H2S).
• Se pierden los sulfatos con la lluvia (ácida).
Algas DMS (dimetil sulfuro): gas que liberan a la atmósfera algunas algas al morir masivamente, donde reacciona
para convertirse en ácido sulfúrico, que hace papel de semilla o “núcleo de condensación” para formar pequeñas gotas
de agua que constituyen las nubes.
Todos los ciclos
http://cienciasnaturales.es/CICLOSMATERIA.swf
Ecosistema
Sistema formado por la interacción entre biocenosis (o comunidad)
y los factores físicos (o biotopo) del medio.
Un ecosistema modelo es:
• Cerrado para la materia
• Abierto para la energía
• Capaz de autorregularse (está
en equilibrio dinámico)
Los eslabones de sus cadenas tróficas están enlazados con bucles de
retroalimentación negativa, que le dan estabilidad.
Por ejemplo, los herbívoros evitan el crecimiento exponencial de la vegetación y
rejuvenecen su población, al aumentar la tasa de renovación.
Un crecimiento exponencial de cualquier nivel trófico llevaría a su
propia extinción, ya sea por falta de recursos (al esquilmarlos) o por
escasez de un factor limitante.
Población
Conjunto de individuos de la misma especie que viven en un lugar
determinado.
El número de individuos crece
hasta ciertos límites, que se
mantienen más o menos
constantes (límite de carga),
donde hay un equilibrio
dinámico.
Resistencia ambiental: Es el
conjunto de factores (bióticos y
abióticos) que impiden a la
población alcanzar su máximo
potencial biótico (r).
r
(potencial biótico)
=
TN
(tasa de natalidad)
-
TM
(tasa de mortalidad)
Resistencia ambiental
Factores que
determinan la resistencia
ambiental:
A. Externos.
• Bióticos: Depredadores,
parásitos, enfermedades,
competencia.
• Abióticos: Clima, falta
de alimentos, catástrofes,
pH, salinidad.
B. Internos.
La alta densidad
población afecta
negativamente a los
hábitos reproductores,
aumenta las
enfermedades y la
mortalidad,
incrementa las
emigraciones…
Un crecimiento exponencial sólo es
posible si:
• Las posibilidades del medio son
ilimitadas.
• Se mantienen artificialmente las
posibilidades ilimitadas (ej. en
laboratorio).
Resistencia ambiental
Hay 2 estrategias de reproducción
TN
TM
Exigencias
ambientales
Número de
descendientes
Cuidados
parentales
restrategas
Elevada
Elevada
Pocas
Alto
Nulos
kestrategas
Bajo
Baja
Altas
Bajo
Muchos
Resistencia ambiental
Un aumento drástico de la resistencia ambiental puede
poner en peligro la supervivencia de la especie.
En el equilibrio dinámico
hay fluctuaciones alrededor
de k (límite de carga).
La extinción se produce por
una fluctuación que lleva la
población a N = 0.
Una especie amenazada tiene un número de individuos
decreciente hasta que llega a una cifra crítica, que la pone en peligro
de extinción.
Una especie en peligro de extinción es una especie amenazada
cuya existencia está comprometida a nivel global.
Valencia ecológica
Es el rango o intervalo de tolerancia de una especie
con respecto a cualquier factor del medio (luz, Tª,
humedad, P, N, pH, etc.), que actúa como factor
limitante.
Viene marcado por un máximo y un mínimo.
Valencia ecológica
Hay 2 tipos de especies según la
amplitud de su valencia ecológica:
• Eurioicas  Su valencia es amplia.
Son poco exigentes. Son generalistas
(r estrategas). Presentan un menor
número de individuos total. Son
tolerantes a variaciones en las
condiciones del medio, pero compiten
peor con los especialistas.
• Estenoicas  Su valencia es
estrecha. Son muy exigentes. Son
especialistas (k estrategas).
Presentan un alto número de
individuos. Son muy eficaces en su
aprovechamiento de los recursos del
medio, buenos competidores en un
ambiente poco variable.
Comunidad (= Biocenosis)
Conjunto de poblaciones (de diferentes especies) que comparten un
territorio.
Las interacciones
entre diferentes
poblaciones actúan
como factores
limitantes
bióticos, pues unas
poblaciones salen
favorecidas y otras
perjudicadas.
Tipos de
1.
2.
3.
interacciones:
Depredación (+,-).
Parasitismo (+,-).
Simbiosis o
mutualismo (+,+).
4. Comensalismo
(+,0).
5. Competencia (-,-).
1. Depredación (+,-)
Es un factor estabilizador: es un bucle “-”
Al representar en una gráfica las
poblaciones de depredadores y de presas
con respecto al tiempo, se observa que
siguen fluctuaciones con cierto desfase
temporal (por el tiempo de respuesta).
1. Depredación (+,-)
El comportamiento de ambas poblaciones se explica
mejor añadiendo la variable auxiliar “encuentros” al
diagrama causal:
Los encuentros controlan ambas poblaciones (a través de las TN y
TM).
1. Depredación (+,-)
Se puede representar solo el número de presas y de
depredadores, sin considerar el tiempo. Se llama ciclo
límite, y es una gráfica circular:
•
•
•
•
Permite predecir el
número de
depredadores según
el número de presas
(y viceversa).
Normalmente, el
número de presas
es mucho mayor
que el de
depredadores.
Lo más frecuente es
que un depredador
se alimente de
varias presas
diferentes.
El sistema está en
equilibrio dinámico.
2. Parasitismo (+,-)
Es una relación en la que el parásito sale beneficiado y el hospedador
perjudicado.
Se distingue de la
depredación en que al
parásito no le
conviene acabar con
su víctima, pues
tendría que buscar a
otro.
Cuando no han
coevolucionado ambas
especies, el parásito
puede matar a su
hospedador, que no
tiene defensas contra él.
2. Parasitismo (+,-)
La diferencia con la depredación es que el número
de encuentros no afecta a la mortalidad del
hospedador:
3. Competencia (-,-)
Varios individuos usan el mismo
recurso y no pueden coexistir;
sobrevive el mejor adaptado.
Puede ser:
• Intraespecífica  entre
individuos de la misma especie.
Más fuerte. Actúa como
mecanismo de selección
natural.
• Interespecífica  entre
individuos de diferente especie.
Organiza los ecosistemas (por
el principio de exclusión
competitiva: sobrevive la
especie más adaptada).
3. Competencia (-,-)
En un modelo de 2 depredadores compitiendo por la misma
presa, los encuentros de uno de ellos dificultan los del otro.
*Simbiosis y mutualismo (+,+)
Los dos organismos salen beneficiados de la relación.
En el caso de la simbiosis la unión debe ser íntima, y en el mutualismo no.
Ej. Simbiosis: liquen (alga + hongo). Mutualismo: garcilla y rinoceronte.
En la simbiosis, dado que la unión es íntima, no aparece la variable “encuentros”
en el diagrama causal. Se refuerzan los nacimientos del otro sin reforzar sus
muertes.
*Comensalismo (+,0)
Dos especies comparten el recurso. Una de ellas se beneficia,
pero la otra no se perjudica (ni se beneficia).
El comensalismo representa “compañeros de mesa”, pues
comen la misma comida y en el mismo lugar.
Ej. En los nidos de
muchas aves y en las
madrigueras de
mamíferos viven
muchos organismos
que se alimentan de
los restos de sus
alimentos.
Nicho ecológico
Conjunto de circunstancias (relaciones con el medio, conexiones
tróficas y funciones ecológicas) que definen el papel de una especie
en el ecosistema.
Es diferente de
hábitat, que sólo
implica el lugar
(espacio físico).
En un mismo hábitat
hay múltiples nichos
(factores bióticos y
abióticos).
Cada especie tiene un
nicho ecológico
diferente de las demás.
Si dos de ellas tienen el
mismo nicho ecológico,
competirán y una de
ellas será exluida.
Nicho ecológico
Solamente en zonas geográficas alejadas pueden ocupar 2 especies
distintas nichos que sean equivalentes.
Se llaman especies vicarias (por ejemplo el canguro, el bisonte y la
vaca).
Tipos de nicho
 Nicho potencial (ideal
o fisiológico): cumple
los requisitos máximos
exigidos por una
especie. Sólo es posible
en laboratorio.
 Nicho ecológico
(real): ocupado en
condiciones naturales.
La competencia lo
reduce. Ganará la
especie más
especialista.
Biodiversidad
Número de especies que hay en un ecosistema, considerando la
abundancia relativa de cada especie.
Para calcularla se miden:
•El número de especies (o riqueza específica) y
•El número de individuos de cada especie.
La biodiversidad incluye tres
conceptos (según Río, 1992):
• Variedad de especies del
planeta (y su abundancia
relativa).
• Diversidad de
ecosistemas.
• Diversidad genética
(diferentes genotipos
permiten mayor
adaptación).
Biodiversidad
La biodiversidad depende de:
• El tiempo disponible para la especiación y la dispersión
– Si no hay factores que lo interrumpan, la creación de especies aumenta de forma
ilimitada con el tiempo.
– Cambios drásticos rejuvenecen un ecosistema, pues se extinguen especies (sobre
todo las especialistas, las k) y quedan sus nichos libres, que pueden ser ocupados
por las supervivientes generalistas, las r.
• La heterogeneidad espacial
– En territorios monótonos, el número de especies es menor que en territorios
variados (con diferentes condiciones a las que adaptarse).
• La latitud
– El número de especies aumenta desde los polos al ecuador (excepto en
desiertos y zonas humanizadas).
Biodiversidad
En la historia de la vida en el planeta, ha habido 5 grandes
extinciones. El índice de extinción es de 1 sp/500-1000
años.
En la Biosfera hay unos 1,5 millones de especies
descritas y catalogadas. Se calcula que hay unos 30-100
millones (por descubrir aún).
Importancia de la biodiversidad
Hay gran variedad de organismos, cada uno con diferente capacidad
de utilización de los recursos naturales. Suponen recursos para la
humanidad:
a. Alimentación. La alimentación humana se basa en un número de
especies reducido. La base alimentaria la forman 7 cultivos: trigo, arroz,
maíz, patata,
cebada, boniato y mandioca. Los grandes monocultivos
favorecen plagas.
Deben buscarse variedades resistentes.
b. Medicamentos. Los principios activos de muchos medicamentos son
de origen vegetal y de hongos (especialmente de selvas tropicales).
c. Productos industriales.
Caucho, aceites, grasas, tejidos,
cuero, gomas. También se
incluyen las fermentaciones
bacterianas: pan queso, yogur,
vino.
d. Turismo ecológico o ecoturismo.
Valora la conservación de la naturaleza.
Causas de la pérdida de biodiversidad
a. Sobreexplotación.
Deforestación, sobrepastoreo, caza y pesca abusivas, coleccionismo, comercio ilegal
de especies protegidas (Convenio CITES(*)).
b. Alteración y destrucción de hábitats.
Cambios en los usos del suelo, extracciones masivas de agua, construcción de
infraestructuras que fragmentan hábitats (carreteras), contaminación del agua y
aire, cambio climático, incendios forestales.
c. Introducción y sustitución de especies.
Introducción de especies no autóctonas (de otros ecosistemas u obtenidas
artificialmente), que compiten con las autóctonas y las pueden desplazar y/o
extinguir.
Convenio sobre el Comercio Internacional de Especies Amenazadas de Fauna y Flora Silvestre.
CITES trabaja controlando el comercio internacional de especímenes de unas determinadas especies. Esto
requiere que todas las importaciones, exportaciones, a terceros e introducciones de especies sujetas al
Convenio, han de estar autorizadas a través de un sistema de licencias.
(*)
Medidas para evitar la pérdida de biodiversidad
CONVENIO SOBRE LA DIVERSIDAD BIOLÓGICA (1993):
Conservación de los “genes silvestres”  preservación biodivesidad.
CONVENIO SOBRE DIVERSIDAD BIOLÓGICA DE NAGOYA
(2010): reducir a la mitad la extinción de las especies para el 2020
• Proteger las áreas geográficas de especies amenazadas:
crear espacios protegidos (parques nacionales, reservas biosfera…).
• Legislación que obligue a conservar las especies y los ecosistemas.
• Estudios sobre los ecosistemas (presión, estado, respuesta).
• Crear bancos de genes y de semillas de las especies amenazadas.
• Fomentar el turismo ecológico y la educación ambiental.
Riqueza
económica,
riqueza cultural,
riqueza biológica
Sucesión ecológica
Conjunto de cambios producidos en los ecosistemas a lo largo del
tiempo. La MADUREZ ECOLÓGICA es el estado del ecosistema en
cada etapa de la sucesión:
– En las primeras etapas, los ecosistemas son inmaduros y
tienen especies poco exigentes (generalistas, r).
– En las últimas etapas, los ecosistemas son maduros y tienen
especies especialistas (k). La comunidad clímax es la etapa
final, la de máxima madurez ecológica, al que tienden todos
los ecosistemas naturales. .
REGRESIÓN: proceso inverso a una sucesión. Supone una vuelta atrás
o rejuvenecimiento del ecosistema. Causas naturales o artificiales.
Sucesión ecológica
Tipos de sucesiones:
• Primarias: parten de un terreno virgen (roca madre, playa
recién formada, isla volcánica). Debe crearse primero el
suelo.
• Secundarias: empiezan en un lugar que ha sufrido una
perturbación (p. ej. un incendio), pero todavía queda suelo
(ya formado). Suelen ser más cortas.
Reglas generales de las sucesiones
1. La diversidad aumenta.
2. La estabilidad aumenta (fuertes relaciones entre
diferentes especies)
3. Las especies pioneras (r estrategas) son sustituidas
por las especialistas (k estrategas).
4. Aumenta el número de nichos (las r tienen nichos más
amplios que las k  una especia para cada nicho).
5. Aumenta la biomasa y decrece la productividad
(mínima tasa de renovación).
Sucesiones
En las primeras etapas de la sucesión (ecosistema inmaduro), las
especies emplean la mayoría de la energía en su crecimiento
(tienen alta producción). Su Pn/B ~1. (P. ej. un cultivo).
En las últimas etapas de la sucesión (ecosistema maduro), las
especies emplean casi toda la energía en la respiración (tienen
mucha biomasa). Su Pn/B ~0. (P. ej. una selva tropical).
Ejemplo
¿Qué diferencias hay entre los intereses de la humanidad y de la
biosfera? (Actividad nº XX)
• A la humanidad le interesa alta productividad (para tener
mayor alimento disponible), es decir, las primeras etapas de una
sucesión o ecosistemas jóvenes.
• La biosfera tiende a tener toda su energía en forma de biomasa,
y gasta la nueva energía en mantenerla. Por eso, la últimas
etapas (comunidad clímax) son poco productivas.
Regresiones antrópicas
1. Deforestación (tala de árboles).
•
Tras abandonar un cultivo, la
recuperación es más fácil si había
vegetación autóctona en los lindes
(como en la agricultura tradicional).
•
Es más fácil la recuperación (tras
una tala masiva) de un bosque
templado que de una selva tropical,
pues en el caso de la selva casi no
hay materia orgánica en el suelo,
pues la descomposición es muy
rápida y la vegetación la capta
inmediatamente. Tras la tala se
forman lateritas (costras rojas).
•
En el caso de un bosque templado
hay más materia orgánica en el
suelo, pues se descompone más
lentamente, con lo que el suelo sigue
fértil y es más fácil recuperar el
bosque.
Ejemplo
Tala total o parcial (quema de pequeñas áreas) de selva tropical.
(Actividad nº 12)
a) ¿Qué regresión es mayor?
En la tala total se arrasa totalmente el suelo, que pierde la materia
orgánica y se erosiona. Cuesta mucho volver a recuperarlo.
Ejemplo
Tala total o parcial (quema de pequeñas áreas) de selva tropical.
(Actividad nº 12)
b) Comparación entre selva tropical y bosque templado.
Materia orgánica en el
suelo
Descomposición de la
materia orgánica
Efecto de la tala sobre
el suelo
Necromasa
Nutrientes
Selva tropical
Bosque templado
Muy escasa
Muy abundante
Rápida (favorecida por las
altas tª y humedad)
Lenta (dificultada por las
bajas tª y poca humedad)
Empobrecimiento total, se
forman costras rojas
El suelo sigue fértil años
después de talar
Poca
Mucha
Están en la vegetación
principalmente
Están en el suelo
principalmente
Regresiones antrópicas
2. Incendios forestales.
•
Son beneficiosos si son naturales,
pues rejuvenecen el bosque,
controlan el crecimiento de la
vegetación e impiden otros incendios
mayores.
•
Muchos incendios repetidos
destruyen el humus (capa superior
del suelo, rica en materia orgánica),
con lo que se puede perder el suelo
por erosión.
•
Hay especies pirófilas, que se ven
favorecidas por los incendios, pues
son las primeras en colonizar las
cenizas (pinos, jaras).
•
La longitud de la sucesión secundaria
depende de:
– La magnitud del incendio
– El estado del suelo
– La existencia de semillas
resistentes en el suelo.
Regresiones antrópicas
La introducción del zorro rojo se convirtió en un nuevo problema porque
este animal se ha inclinado por cazar a los marsupiales, más lentos, en
lugar de los conejos.
En Australia se ha llegado a sugerir la importación del diablo de Tasmania,
hoy extinto fuera de su isla, para combatirlos. De momento continúan las
batidas.