El flujo de energía: corresponde
a la energía que se va transportando desde los vegetales -productores- hacia
los otros seres vivos, animales herbívoros y carnívoros -que se alimentan de
los animales herbívoros-.
-Circulación de materia: en
las cadenas alimentarias, la materia se traspasa de un eslabón a otro, por la
interacción que se produce entre los distintos organismos que la conforman.
Definición
• Una cadena alimentaria es una representación
simplificada de la interacción que se establece en la naturaleza de la acción
de comer, en la cual la materia y la energía se van traspasando de un
organismo a otro.
•
Por
ejemplo:
CICLOS BIOGEOQUIMICOS
•
El flujo de energía en el ecosistema es abierto,
puesto que, al ser utilizada en el seno de los niveles tróficos para el
mantenimiento de las funciones propias de los seres vivos, se degrada y disipa
en forma de calor (respiración). En cambio, el flujo de materia es, en
gran medida, cerrado ya que los nutrientes son reciclados cuando la
materia orgánica del suelo (restos, deyecciones,...) es transformada por los descomponedores
en moléculas orgánicas o inorgánicas que, bien son nuevos nutrientes o bien se
incorporan a nuevas cadenas tróficas Los elementos
más importantes que forman parte de la materia viva están presentes en la
atmósfera, hidrosfera y geosfera y son incorporados por los seres vivos a sus
tejidos.
De esta manera, siguen un ciclo biogeoquímico que tiene una zona
abiótica y una zona biótica. La primera suele contener grandes
cantidades de elementos biogeoquímicos pero el flujo de los mismos es lento,
tienen largos tiempos de residencia. En cambio, el flujo a través de la
parte biótica del ciclo es rápido pero hay poca cantidad de tales sustancias
formando parte de los seres vivos.
Las trayectorias más o menos
recurrentes de los elementos químicos entre los organismos y el medio ambiente,
en ambos sentidos, se conocen como ciclos biogeoquímicos;
"bio" se refiere a los organismos vivos y "geo" a las
rocas, al suelo, al aire y el agua de la Tierra.
La geoquímica es una ciencia física
importante vinculada con la composición química de la Tierra y el intercambio
de elementos entre las diversas partes de la corteza terrestre y sus océanos,
ríos, etc. De modo que la biogeoquímica
es el estudio del intercambio (es decir, movimientos de un lado a otro) de los
materiales químicos entre los componentes biótico y abiótico en la atmósfera.
EL CICLO
DEL NITRÓGENO CONSISTE EN LOS SIGUIENTES PROCESOS:
•
El nitrógeno es un gas que forma el 78% del aire,
siendo uno de los elementos más abundantes sobre la Tierra. El nitrógeno
atmosférico no puede ser utilizado en forma normal por los seres vivos, sino
que tiene que ser transformado en compuestos absorbibles por las plantas.
•
Muy pocos
organismos pueden aprovechar directamente el nitrógeno del aire, y la mayor
parte lo hace a través de bacterias, que viven en el suelo o en las
raíces de las leguminosas, formando nódulos. Estas bacterias (Rhizobium) fijan
el nitrógeno del aire; lo transforman en compuestos aprovechabas (amoniaco y
nitratos), y la planta los absorbe para formar proteínas. Estas bacterias se
encuentran especialmente en las raíces de las leguminosas (frijoles, alfalfa,
guaba o pacae, etc.). Artificialmente se puede inocular estas bacterias y
aumentar la productividad de cualquier leguminosa (Rhizobiología).
•
Las plantas
fabrican proteínas, en reacciones químicas muy complejas (aminoácidos y
proteína), que son aprovechadas por los animales herbívoros para su crecimiento
y formación de carne. Los carnívoros aprovechan las proteínas a través de la
carne que consumen.
• Los seres
vivos al morir son descompuestos por procesos de putrefacción o
descomposición, en el que intervienen bacterias y hongos, y se restituyen
al medio los compuestos a base de nitrógeno que contienen, para un
aprovechamiento posterior por las plantas.
•Una parte de
los compuestos nitrogenados de la descomposición son lavados por la lluvia
y llega a las aguas de los ríos y lagos. El proceso de lavado, llamado también
lixiviación, de los compuestos nitrogenados del suelo es más intenso en zonas
muy lluviosas y esto empobrece los suelos, los cuales pierden su fertilidad. En
un suelo fértil los compuestos nitrogenados están en la materia orgánica, o
sea, la materia en descomposición. Por eso cuánto más materia orgánica tenga un
suelo, más fértil será, porque contiene compuestos de nitrógeno, esenciales
para el crecimiento de las plantas.
• Los animales y los humanos eliminan una parte de los
compuestos nitrogenados por los excrementos y los orines, que son
descompuestos y restituyen al ambiente los compuestos nitrogenados para ser
aprovechados nuevamente. El guano de las islas, producido por las aves
guaneras, contiene abundantes compuestos nitrogenados, que se almacenan en las
islas guaneras porque no son lavados por las lluvias a causa de la aridez.
• Por procesos químicos, con intervención de
bacterias, los compuestos nitrogenados pueden ser descompuestos hasta gas
nitrógeno, proceso que se denomina denitrificación. De esta forma el N2
al final, retorna a la atmósfera, para reiniciar el ciclo.
EMISIONES DE GASES
SULFUROSOS
•
Óxidos de azufre
•
Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de
azufre (SO3).
•
Dióxido de azufre (SO2)
•
Importante contaminante primario.
•
Es un gas incoloro y no inflamable, de olor fuerte e
irritante.
• Su vida media en la atmósfera es corta, de unos 2 a
4 días. Casi la mitad vuelve a depositarse en la superficie húmedo o seco y el
resto se convierte en iones sulfato (SO42-). Por este motivo, como se ve con
detalle en la sección correspondiente, es un importante factor en la lluvia
ácida.
• En conjunto, más de la mitad del que llega a la
atmósfera es emitido por actividades humanas, sobre todo por la combustión de
carbón y petróleo y por la metalurgia. Otra fuente muy importante es la
oxidación del H2S. Y, en la naturaleza, es emitido en la actividad volcánica.
En algunas áreas industrializadas hasta el 90% del emitido a la atmósfera
procede de las actividades humanas, aunque en los últimos años está
disminuyendo su emisión en muchos lugares gracias a las medidas adoptadas.
• En España sus emisiones se concentran en Galicia y
Aragón, al estar situadas en estas Comunidades importantes instalaciones
productoras de electricidad que usan combustibles de baja calidad. En los
últimos años se están produciendo importantes disminuciones en la emisión de
este contaminante (de 1980 a 1990 su producción ha disminuido en un 33%) como
consecuencia de estar sustituyéndose los carbones españoles (de baja calidad)
por combustibles de importación, más limpios. De todas formas las cantidades
producidas siguen siendo bastante grandes y, de hecho, es el contaminante
primario emitido en mayor cantidad después del CO.
•
Trióxido de azufre (SO3)
•
Contaminante secundario que se forma cuando el SO2
reacciona con el oxígeno en la atmósfera. Posteriormente este gas reacciona con
el agua formando ácido sulfúrico con lo que contribuye de forma muy importante
a la lluvia ácida y produce daños importantes en la salud, la reproducción de
peces y anfibios, la corrosión de metales y la destrucción de monumentos y
construcciones de piedra
LLUVIA ACIDA
•
Algunas de las moléculas que contaminan la atmósfera
son ácidos o se convierten en ácidos con el agua de lluvia. El resultado es que
en muchas zonas con grandes industrias se ha comprobado que la lluvia es más
ácida que lo normal y que también se depositan partículas secas ácidas
sobre la superficie, las plantas y los edificios.
• Esta lluvia ácida ya no es el don beneficioso
que revitalizaría tierras, ríos y lagos; sino que, al contrario, trae la
enfermedad y la decadencia para los seres vivos y los ecosistemas.
CAUSAS DE LA DEPOSICIÓN ÁCIDA
•Algunas industrias o centrales térmicas que usan
combustibles de baja calidad, liberan al aire atmosférico importantes
cantidades de óxidos de azufre y nitrógeno. Estos contaminantes pueden ser
trasladados a distancias de hasta cientos de kilómetros por las corrientes
atmosféricas, sobre todo cuando son emitidos a la atmósfera desde chimeneas muy
altas que disminuyen la contaminación en las cercanías pero la trasladan a
otros lugares.
• En la atmósfera los óxidos de nitrógeno y azufre son
convertidos en ácido nítrico y sulfúrico que vuelven a la tierra con las
precipitaciones de lluvia o nieve (lluvia ácida). Otras veces, aunque no
llueva, van cayendo partículas sólidas con moléculas de ácido adheridas (deposición
seca)
•
La lluvia normal es ligeramente ácida, por llevar
ácido carbónico que se forma cuando el dióxido de carbono del aire se disuelve
en el agua que cae. Su pH suele estar
entre 5 y 6. Pero en las zonas con la atmósfera contaminada por estas
sustancias acidificantes, la lluvia tiene valores de pH de hasta 4 o 3 y, en
algunas zonas en que la niebla es ácida, el pH puede llegar a ser de 2,3, es
decir similar al del zumo de limón o al del vinagre.
DAÑOS PROVOCADOS POR LA DEPOSICIÓN
ÁCIDA
•
Es interesante distinguir entre:
•
a) Ecosistemas acuáticos. En ellos está muy
demostrada la influencia negativa de la acidificación. Fue precisamente
observando la situación de cientos de lagos y ríos de Suecia y Noruega, entre
los años 1960 y 1970, en los que se vio que el número de peces y anfibios iba
disminuyendo de forma acelerada y alarmante, cuando se dio importancia a esta
forma de contaminación.
•
La reproducción de los animales acuáticos es
alterada, hasta el punto de que muchas especies de peces y anfibios no pueden
subsistir en aguas con pH inferiores a 5,5,. Especialmente grave es el efecto
de la lluvia ácida en lagos situados en terrenos de roca no caliza, porque
cuando el terreno es calcáreo, los iones alcalinos son abundantes en el suelo y
neutralizan, en gran medida, la acidificación; pero si las rocas son granitos,
o rocas ácidas pobres en cationes, los lagos y ríos se ven mucho más afectados
por una deposición ácida que no puede ser neutralizada por la composición del
suelo.
•
b) Ecosistemas terrestres. La influencia
sobre las plantas y otros organismos terrestres no está tan clara, pero se
sospecha que puede ser un factor muy importante de la llamada “muerte de los
bosques" que afecta a grandes extensiones de superficies forestales en
todo el mundo. También parece muy probable que afecte al ecosistema terrestre a
través de los cambios que produce en los suelos, pero se necesita seguir
estudiando estos temas para conocer mejor cuales pueden ser los efectos reales.
•
c) Edificios y construcciones. La corrosión
de metales y construcciones es otro importante efecto dañino producido por la
lluvia ácida. Muchos edificios y obras de arte situadas a la intemperie se
están deteriorando decenas de veces más aprisa que lo que lo hacían antes de la
industrialización y esto sucede por la contaminación atmosférica, especialmente
por la deposición ácida.
EL CICLO DEL AGUA
•
El agua es un importantísimo componente de los seres
vivos y es factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas. Los
elementos afectados por su ciclo son el H y el O de forma directa, pero la
misma molécula de agua es vital para los seres vivos y otras sustancias que van
disueltas también lo son. La marcha general del ciclo del agua es muy conocida
• En la disponibilidad de agua en el ecosistema
influyen factores que pueden pasar desapercibidos en un primer momento. Así,
por ejemplo, en las zonas continentales que se encuentran alejadas del mar, las
precipitaciones dependen, sobre todo, del agua que se evapora en el interior
del mismo continente. Esto hace que en zonas de clima cálido se pueda producir
fácilmente desertización si disminuye la cantidad de agua disponible para la
evaporación, cuando se canalizan excesivamente los ríos o, en general, se
aumenta la velocidad de salida del agua de la cuenca. Este fenómeno también
tiene influencia en las zonas selváticas, cuando se talan los árboles, porque
se pierde capacidad de evapotranspiración (los árboles con su transpiración
envían una gran cantidad de agua a la atmósfera).
•
En la mayoría de las zonas continentales el nivel de
la producción primaria se encuentra limitado por las disponibilidades de
agua. Por ejemplo, según cálculos de Witt, en las condiciones climáticas de
Estocolmo las plantas pueden producir al año unos 2,5 Kg/m2 de materia orgánica
seca y en Berlín unos 3 Kg/m2. Se calcula que para producir un Kg. de materia
seca se necesitan unos 500 L de agua. Por tanto en Estocolmo se necesitarían
1.250 L y en Berlín 1.500. Este agua tendría que caer el momento apropiado (no
en invierno, etc.), en el lugar adecuado y en el modo adecuado (sin provocar
escorrentía, etc.). Calculó que en Berlín sólo había 700 L disponibles
verdaderamente para el crecimiento de las plantas entre todos los que caen al
año. Es decir se demuestra que, en general, el factor limitante es el agua,
incluso en zonas en las que puede parecer extraño que así sea. Y es difícil,
caro y exige un gran consumo de energía aportar más agua.
•
IMPORTANTE
•
El agua permanece en
constante movimiento. El vapor de agua de la atmósfera se condensa y cae sobre
continentes y océanos en forma de lluvia o nieve. El agua que cae en los
continentes va descendiendo de las montañas en ríos, o se infiltra en el
terreno acumulándose en forma de aguas subterráneas. Gran parte de las aguas
continentales acaban en los océanos, o son evaporadas o transpiradas por las
plantas volviendo de nuevo de nuevo a la atmósfera. También de los mares y
océanos está evaporándose agua constantemente. La energía del sol mantiene este
ciclo en funcionamiento continuo.
EL CICLO DEL OXIGENO
•
El ciclo
del oxigeno es muy similar al ciclo de carbono, pues los dos esta
constantemente en la atmósfera, ya que sin el oxigeno y y el dióxido de
carbono, los seres humanos y los vegetales, no tendría vida alguna.
•
El oxígeno es el elemento químico más abundante en
los seres vivos. Forma parte del agua y de todo tipo de moléculas
orgánicas. Como molécula, en forma de O2, su presencia en la atmósfera se
debe a la actividad fotosintética de primitivos organismos. Al principio debió
ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía
ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células.
Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente
oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obtención de energía
mucho más eficiente que la anaeróbica.
• La reserva fundamental de oxígeno utilizable
por los seres vivos está en la atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado
al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas
(fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras
que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario.
•
Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene
un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra
es su conversión en ozono. Las moléculas de O2, activadas por las
radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de
oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta
reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones
ultravioletas vuelve a convertirse en O2.
SERES VIVOS
El oxígeno molecular presente en la
atmósfera y el disuelto en el agua interviene en muchas reacciones de los seres
vivos. En la respiración celular se reduce oxígeno para la producción de
energía y generándose dióxido de carbono, y en el proceso de fotosíntesis se
origina oxígeno y energía a partir de agua y radiación solar.
CORTEZA TERRESTRE
El carácter oxidante del oxígeno
provoca que algunos elementos estén más o menos disponibles. La oxidación de
sulfuros para dar sulfatos los hace más solubles, al igual que la oxidación de
iones amonio a nitratos. Asimismo disminuye la solubilidad de algunos elementos
metálicos como el hierro al formarse óxidos insolubles.
HIDROSFERA
El oxígeno es ligeramente soluble en agua, disminuyendo su
solubilidad con la temperatura. Condiciona las propiedades rédox de los
sistemas acuáticos. Oxida materia bioorgánica dando dióxido de carbono y agua.
El dióxido de carbono también es ligeramente soluble en agua
dando carbonatos; condiciona las propiedades ácido-base de los sistemas
acuáticos. Una parte importante del dióxido de carbono atmosférico es captado
por los océanos quedando en los fondos marinos como carbonato de calcio.
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