Preguntas Generadoras Tutoria 2
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CONCEPTUALIZACION BASICA UNIDAD 2: Ecosistemas generalidades, Tipos de ecosistemas, Factores Abióticos asociados Ciclos Biogeoquimicos PREGUNTAS GENERADORAS La sucesión ecológica: es la evolución que se da de manera natural, produciendo que un ecosistema por su propia dinámica interna sustituya a los organismos que lo integran. El término alude a que su aspecto esencial en la sustitución a lo largo del tiempo de unas especies por otras. Se llama sucesión primaria a la que arranca en un terreno desnudo, exento de vida, es decir, es aquella que se desarrolla en una zona carente de comunidad preexistente, que se inicia en un biotopo virgen, que no ha sido ocupado previamente por otras comunidades, como ocurre en las dunas, nuevas islas, etc. Se llama sucesión secundaria a la que se produce después de una perturbación importante, es decir, es aquella que se establece sobre una ya existente que ha sido eliminada por incendio, inundación, enfermedad, talas de bosques, cultivo, etc. Estos reinician la sucesión, pero a partir de condiciones especiales, en las que suelen ocupar un lugar especies muy adaptadas a este tipo de perturbaciones, como las plantas que por ellos llamamos pirófitas. Etapas de la Sucesión Ecológica La sucesión es un proceso ordenado de auto organización de un sistema complejo, un ecosistema, con ciertos niveles de homeostasis y homeorresis. Las etapas se pueden categorizar en: Etapas iniciales o de constitución. Dominadas por especies de las que en el lenguaje ecológico y evolutivo se llaman pioneras, oportunistas, desde el punto de vista de sus requerimientos de recursos, y con una estrategia reproductiva basada en la producción de muchos descendientes limitadamente viable (estrategia de la r). Etapas intermedias, o de maduración. Etapas finales, que concluyen cuando se alcanza la clímax. Caracterizada por especies especialistas, en cuanto al uso de recursos, y con baja tasa de reproducción (estrategia de la K). BIOMASA PRODUCTIVIDAD Y BIODIVERSIDAD La medición de factores como la biomasa, la producción y productividad ecológica de un nivel trófico o del ecosistema completo, tiene aplicaciones prácticas diversas. Por ejemplo, para medir el potencial de una cosecha, la cantidad de carne de un hato, o del potencial de pesca en una zona, entre otras. La biomasa es la cantidad de materia orgánica (masa) de una población, comunidad, nivel trófico o ecosistema por unidad de volumen (en un medio acuático), incluye los alimentos, combustibles, fósiles, madera, etc. Se estima que la producción anual de materia orgánica seca es de 1.55 x 10,33 toneladas (el 60% de ella se forma en la tierra, el resto en océanos y aguas continentales). Según su origen, la biomasa puede ser natural, cuando se produce sin intervención humana, biomasa residual seca, cuando proviene de recursos generados en las actividades agrícolas, forestales, o de la industria agroalimentaria y de madera. También puede ser biomasa residual húmeda, que proviene de aguas residuales urbanas, industriales y ganaderas. En la tabla se muestran datos en los diferentes niveles tróficos de un ecosistema, así como la energía disponible en cada caso para el nivel inmediatamente superior. Se refleja una alta producción primaria de biomasa, para un número cada vez menor de consumidores. La fotosíntesis es el proceso que hace posible la producción primaria de biomasa, en este caso de la alfalfa, ahora bien. Según los investigadores sobre la acción microbiana, se ha descubierto que una gran cantidad de la producción primaria no es consumida directamente por herbívoros sino que es aprovechada por los microorganismos heterótrofos convirtiéndose en biomasa microbiana. Esta pirámide muestra un eficiente equilibrio natural del ecosistema, si hubiese más herbívoros – vacas- que plantas verdes, más carnívoros –personas- que herbívoros, el ecosistema colapsaría. En lo ecosistemas acuáticos la pirámide de biomasa, es generalmente invertida porque los productores (fitoplancton), aunque son abundante, tienen una masa menor que la del zooplancton, esta situación se compensa con su ritmo de reproducción rápido, lo cual le permite soportar la demanda de consumo de los consumidores. La biomasa de la madera, residuos agrícolas y estiércol continúa siendo una fuente principal de energía y materia útiles en países poco industrializados. En la primera acepción, es la masa total de toda la materia que forma un organismo, una población o un ecosistema y tiende a mantenerse más o menos constante. Su medida es difícil en el caso de los ecosistemas. Por lo general, se da en unidades de masa por cada unidad de superficie. Es frecuente medir la materia seca (excluyendo el agua). En la pluviselva del Amazonas puede haber una biomasa de plantas de 1.100 toneladas por hectárea de tierra. Pero mucho más frecuente es el interés en la «producción neta» de un ecosistema, es decir, la nueva materia orgánica generada en la unidad de superficie a lo largo de una unidad tiempo, por ejemplo, en una hectárea y a lo largo de un año. En teoría, en un ecosistema que ha alcanzado el clímax la producción neta es nula o muy pequeña: el ecosistema simplemente renueva su biomasa sin crecimiento a la vez que la biomasa total alcanza su valor máximo. Por ello la biomasa es uno de los atributos más relevantes para caracterizar el estado de un ecosistema o el proceso de sucesión ecológica en un territorio (véase, por ejemplo, Odum, 1969). En términos energéticos, se puede utilizar directamente, como es el caso de la leña, o indirectamente en forma de los biocombustibles (nótese que el etanol puede obtenerse del vino por destilación): «biomasa» debe reservarse para denominar la materia prima empleada en la fabricación de biocombustibles. La biomasa podría proporcionar energías sustitutivas a los combustibles fósiles, gracias a agrocombustibles líquidos (como el biodiésel o el bioetanol), gaseosos (gas metano) o sólidos (leña), pero todo depende de que no se emplee más biomasa que la producción neta del ecosistema explotado, de que no se incurra en otros consumos de combustibles en los procesos de transformación, y de que la utilidad energética sea la más oportuna frente a otros usos posibles (como abono y alimento, véase la discusión que para España plantea Carpintero, 2006). Actualmente (2009), la biomasa proporciona combustibles complementarios a los fósiles, ayudando al crecimiento del consumo mundial (y de sus correspondientes impactos ambientales), sobre todo en el sector transporte (Estevan, 2008). Este hecho contribuye a la ya amplia apropiación humana del producto total de la fotosíntesis en el planeta, que supera actualmente más de la mitad del total (Naredo y Valero, 1999), apropiación en la que competimos con el resto de las especies animales y vegetales. PRODUCTIVIDAD Los métodos de conversión de la biomasa en combustible pueden agruparse en dos tipos: conversión bioquímica y conversión termoquímica. De la primera, se puede obtener el etanol y metano mediante la fermentación alcohólica y digestión anaerobia. De la segunda, se puede obtener gas pobre, carbón y jugos piroleñosos mediante gasificación y pirolisis. Tipos de Biomasa. La más amplia definición de biomasa sería considerar como tal a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Clasificándolo de la siguiente forma: Biomasa natural: es la que se produce en la naturaleza sin la intervención humana. Biomasa residual: que es la que genera cualquier actividad humana, principalmente en los procesos agrícolas, ganaderos y los del propio hombre, tal como, basuras y aguas residuales. Biomasa producida: que es la cultivada con el propósito de obtener biomasa transformable en combustible, en vez de producir alimentos, como la caña de azúcar en Brasil, orientada a la producción de etanol para carburante. En esta definición quedan excluidos del término de biomasa todos los productos agrícolas que sirven de alimentación al hombre y a los animales domésticos, así como los combustibles fósiles. Estos últimos, aunque derivan de materiales biológicos, a través de transformaciones se ha alterado muy profundamente su naturaleza. La naturaleza de la biomasa es muy variada, ya que depende de la propia fuente, pudiendo ser animal o vegetal, pero generalmente se puede decir que se compone de hidratos de carbono, lípidos y prótidos. Siendo la biomasa vegetal la que se compone mayoritariamente de hidratos de carbono y la animal de lípidos y prótidos. Biodiversidad: Es el término por el que se hace referencia a la amplia variedad de seres vivos sobre la Tierra y los patrones naturales que la conforman, resultado de miles de millones de años de evolución según procesos naturales y también de la influencia creciente de las actividades del ser humano. La biodiversidad comprende igualmente la variedad de ecosistemas y las diferencias genéticas dentro de cada especie que permiten la combinación de múltiples formas de vida, y cuyas mutuas interacciones con el resto del entorno fundamentan el sustento de la vida sobre el planeta. Factores abióticos en los ciclos energéticos Los factores abióticos del ecosistema son todos aquellos parámetros físicos y químicos que afectan a los organismos. Factores abióticos físicos Son los componentes básicos abióticos de un ecosistema; a ellos esta sujeta la comunidad biológica, entre los factores abióticos mas comunes están: LA LUZ SOLAR: Fuente principal de energía de un ecosistema, actúa en el proceso fotosintético y tiene un efecto térmico (temperatura ambiental) en las zonas donde la luz se irradia. LA TEMPERATURA: Es una de las formas en que se expresa la energía térmica proveniente de la luz del sol; la temperatura tiene que ver directamente sobre la migración y dispersión de especies, así como en las sucesiones ecológicas y afecta las funciones de reproducción y/o desarrollo. CLIMA Y VIENTOS: Los vientos y las precipitaciones pluviales están íntimamente relacionados con las variaciones de temperatura de cada zona geográfica. ALTITUD Y LATITUD: Las variaciones de la altitud y la latitud causan cambios térmicos y por consiguiente, modifican la distribución de los seres vivos. EL SUELO: Es el factor abiótico químico más común, el suelo se deriva de la erosión de las rocas ocasionada por factores físicos, químicos y biológicos. El suelo posee todas las reservas de materiales orgánicos, minerales, agua y oxigeno que se requieren para el buen funcionamiento tanto de los productores de nutrientes como los consumidores. CONCENTRACIÓN DE OXIGENO Y BIOXIDO DE CARBONO: Estos compuestos tienen una importancia fundamental en el intercambio de los organismos con su ambiente, dichas sustancias son un factor clave del proceso de la fotosíntesis, la respiración y los procesos quimiosintéticos. Funcionamiento del ecosistema El funcionamiento de todos los ecosistemas es parecido. Todos necesitan una fuente de energía que, fluyendo a través de los distintos componentes del ecosistema, mantiene la vida y moviliza el agua, los minerales y otros componentes físicos del ecosistema. La fuente primera y principal de energía es el sol. En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento continuo de los materiales. Los diferentes elementos químicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven, cerrándose el ciclo, al suelo o al agua o al aire. En el ecosistema la materia se recicla -en un ciclo cerrado- y la energía pasa - fluye- generando organización en el sistema. Flujo de la energía y ciclo de la materia La estratificación de los componentes del ecosistema es una expresión de la ordenación de la producción y consumo en el sistema. Se constituyen las denominadas cadenas alimentarías, las cuales considerando la biomasa o masa de los organismos vivos de cada eslabón o nivel, tienen una forma piramidal: la mayor biomasa generalmente está concentrada en los productores primarios y la menor en los consumidores de más alta jerarquía. Las cadenas alimentarlas se relacionan entre sí, constituyendo un "entramado" de relaciones tróficas, conformando una red o trama trófica. La condición para el mantenimiento de estas tramas tróficas es la existencia de un ininterrumpido flujo de energía la cual, en ecosistemas naturales, proviene fundamentalmente, del Sol. La energía fluye de forma unidireccional, desde el Sol hasta el último nivel trófico. Los productos de desecho o residuos de cada nivel trófico son aprovechados por los organismos descomponedores los cuales, al morir, liberan nuevamente los nutrientes y gases al ambiente, de donde son tomados por los productores primarios para completar el ciclo de la materia. Ciclo de nutrientes en los sistemas Para que un organismo viva debe tener un abastecimiento adecuado de energía, de agua y de nutrientes. La energía es importante para los organismos vivientes ya que ésta impulsa las reacciones bioquímicas que mantienen la vida. El agua es importante porque es el medio en el cual ocurren los procesos vitales. El carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, fósforo y e l azufre también son importantes porque ellos constituyen las moléculas fundamentales de la materia viva, tales como aminoácidos, azúcares, ácidos grasos, purinas, pirimidinas y nucleótidos Las propiedades electroquímicas de la materia viva dependen de los iones de nutrientes tales como el sodio y el cloruro. Otros elementos que se encuentran en pequeñas proporciones en el ambiente, o elementos traza como el cinc, también son fundamentales como componentes claves en las reacciones enzimáticas que ocurran en los organismos. La energía, el agua y los nutrientes no se mueven al azar en el ambiente, sino que siguen flujos y ciclos definidos. Cambios en estos ciclos y flujos pueden ser perjudiciales a los organismos que viven en los ecosistemas a través de los cuales estos flujos y caos se mueven. Es importante que se comprenda su dinámica, porque las actividades de la sociedad industrial están alterando los flujos y ciclos de nutrientes, agua y energía en muchos de los ecosistemas del mundo. En general, los ciclos de nutrientes se pueden ilustrar de la siguiente forma: Los nutrientes absorbidos del suelo y de la atmósfera por las plantas, incorporándolos como elementos constituyentes de sus moléculas fundamentales. Los animales herbívoros se alimentan de las plantas, y éstos a su vez conforman la dieta de los animales carnívoros, de manera que los nutrientes se transfieren de unos a otros organismos. Al morir dichos organismos, las bacterias y hongos del medio descomponen los restos orgánicos. Las bacterias y hongos también son seres vivos que se alimentan, crecen, se reproducen y que, al morir, liberan al suelo y a la atmósfera los nutrientes asimilados previamente, completando el ciclo de esta manera: los nutrientes quedan nuevamente a disposición de las plantas. Distribución de la energía solar en la tierra Es importante para los sistemas biológicos el hecho de que la mitad o más de este flujo de energía se disipa a su paso por la troposfera. En el hemisferio norte, aproximadamente, el 42% de la radiación solar incidente es reflejada, un 33% por las nubes y un 9% por el polvo. Otro 10% del flujo solar es absorbido por el ozono, el oxígeno, el vapor de agua y el ácido carbónico, o dispersado difusamente por las moléculas de aire y pequeñas partículas en suspensión. Así, pues, solamente un 48% de la radiación solar total llega realmente a la superficie terrestre, parte de la cual, a su vez, puede ser reflejado a la atmósfera por superficies brillantes. La energía radiante absorbida en la tropósfera es dispersada en todas direcciones en la región infrarroja del espectro electromagnético. Parte de ella alcanza la Tierra de donde, a su vez, parte es irradiada. Los dos componentes de la energía de entrada, la radiación solar directa y la radiación infrarroja indirecta, calientan las capas inferiores de aire, el suelo y la superficie del agua, así como los organismos que habitan en ellos. Por otro lado, el componente visible de la radiación directa es necesario para poner en marcha la dinámica del ecosistema y el proceso fotosintético.
