Unidad VIII: Cadenas alimentarias y redes tróficas. Flujo de Energía

¿Qué son los ecosistemas?

Llamamos biota (de bios, vida) o comunidad biótica al agrupamiento de plantas, animales y microbios que observamos al estudiar bosques, pastizales, charcas, arrecifes de coral y áreas inexploradas.

Funcionamiento del Ecosistema

El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va pasando de un nivel al siguiente. La energía fluye a través de la cadena alimentaria solo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los productores en forma de energía luminosa y sale en forma de energía calorífica que ya no puede reutilizarse para mantener otro ecosistema en funcionamiento. Por esto no es posible un ciclo de energía similar al de los elementos químicos.

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 primaria y principal de energía es el sol.

Cadenas Alimentarias

Categorías de organismos: Las principales categorías de organismos son (1) productores, (2) consumidores y (3) saprofitos y descomponedores. Juntos, estos grupos producen alimentos, los pasan por las cadenas alimentarias y devuelven los materiales originales a las partes abióticas del entorno.

Asociaciones Alimentarias: Cadena y Redes o Tramas Alimentarias y Niveles Tróficos

Al describir la estructura biótica de los ecosistemas, es evidente que las principales relaciones entre los organismos son de alimentación. Podemos identificar numerosas secuencias en que un organismo es comido por otro, y éste a su vez por uno más, etc.

Cada una de estas secuencias recibe el nombre de cadena alimentaria. No deja de ser interesante trazar estas cadenas, pero es importante tener presente que rara vez son entidades aisladas. Las poblaciones de herbívoros se alimentan de varias plantas distintas, y son presa de diferentes consumidores secundarios u omnívoros. En consecuencia, de hecho, todas las cadenas alimentarias están entretejidas y forman una red o trama de relación de alimentación. Así, se emplea la expresión trama alimentaria (también, red alimentaria) para denotar la compleja "malla" de cadenas alimentarias entreveradas.

Al margen del número de cadenas alimentarias teóricas y de la complejidad de sus tramas, hay un patrón simple general: básicamente, todas las cadenas avanzan por una serie de pasos o niveles, de los productores a los consumidores primarios (o saprofitos primarios) a los secundarios, etc., que llamamos niveles tróficos. Todos los productores pertenecen al primer nivel trófico; todos los consumidores primarios (en otras palabras, todos los herbívoros), que se alimenten de productores vivos o muertos, se encuentran en el segundo, y los organismos que se alimentan de éstos pertenecen al tercer nivel, etc.

Sea que consideremos la estructura biótica del ecosistema en términos de cadenas o tramas alimentarias o bien niveles tróficos, debemos observar que en cada paso hay un movimiento fundamental de un organismo al siguiente de nutrientes químicos y la energía almacenada que contienen. En fin, la cadena alimentaria: es la ruta del alimento desde un consumidor final dado hasta el productor.

En toda cadena alimenticia se va traspasando energía y materia de un nivel a otro, la energía va disminuyendo en cada nivel de la cadena, la energía traspasada disminuye también por el porcentaje considerable de ésta que se pierde como calor, que no es ocupado por ningún otro ser vivo. En el ecosistema la materia se recicla en un ciclo cerrado y la energía pasa y fluye, generando organización en el sistema.

¿Cómo son las redes tróficas o alimentarias?

La mayoría de los animales de un ambiente tiene una alimentación muy variada, come distintos tipos de organismos. Así, es posible agregar a la cadena alimentaria otros productores y consumidores, formando redes alimentarias. Las redes representan las diferentes relaciones alimentarias que se establecen en un ecosistema. La mayoría de los animales de un ambiente tiene una alimentación muy variada, come distintos tipos de organismos. Así, es posible agregar a la cadena alimentaria otros productores y consumidores, formando redes alimentarias. Las redes representan las diferentes relaciones alimentarias que se establecen en un ecosistema.
Algunos animales sólo comen una clase de alimento, y por consiguiente, son miembros de una sola cadena alimentaria. Otros animales comen muchas clases de alimentos y no sólo son miembros de diferentes cadenas alimenticias, sino que pueden ocupar diferentes posiciones en las distintas cadenas alimenticias. Un animal puede ser un consumidor primario en una cadena, comiendo plantas verdes, pero un consumidor secundario o terciario en otras cadenas, comiendo animales herbívoros u otros carnívoros.

De modo que la energía procedente originariamente del sol pasa a través de una red alimentaria o trófica. Las redes tróficas normalmente están compuestas por muchas cadenas alimentarias entrelazadas, que representan vías únicas hasta la red. Cualquier red o cadena alimentaria es esencialmente un sistema de transferencia de energía.

Ejemplos de Red Trófica o Alimentaria. Las flechas indican “es comido por”

Nivel Trófico

La cadena trófica, también llamada alimentaria o de nutrición, es la corriente de energía y nutrientes que se establece entre las distintas especies de un ecosistema por su alimentación. El nivel trófico es la posición de una especie en la red alimenticia, es decir un nivel de consumo dentro de una cadena alimenticia.

¿Cuántos niveles tróficos hay? No más de tres o cuatro en cada ecosistema, debido al nicho de una especie.

El hábitat se refiere a la clase de lugar —definida por la comunidad vegetal y el entorno físico— al que la especie está adaptada biológicamente para vivir; por ejemplo, un bosque caducifolio (de hojas caedizas), una ciénaga y una planicie de pastos denotan clases de hábitat. Las clases de bosques, perennifolios (de árboles hoja perenne, como las coníferas) o caducifolios (de árboles de hoja caediza), brindan hábitat marcadamente distintos y sostienen una variedad de fauna silvestre.

Aun si especies diferentes ocupan el mismo hábitat, la competencia puede ser ligera o inexistente para la mayor parte, porque cada especie tiene su nicho, que se refiere a qué come el animal, dónde y cuándo, dónde se refugia y dónde anida. Competidores en apariencia coexisten en el mismo hábitat, aunque en nichos diferentes; por ejemplo, los picamaderos, que se alimentan de insectos de la madera muerta, no compiten con las aves que se alimentan de semillas. Muchas especies de aves canoras coexisten en los bosques porque se alimentan de insectos a diferentes alturas de los árboles. Los murciélagos y las golondrinas se alimentan de insectos voladores, pero no compiten porque aquellos comen de noche y éstas de día.

Suele haber competencia entre especies cuando se superponen hábitat o nichos. Si dos especies compiten directamente en todos los aspectos, como a veces ocurre cuando se introduce alguna de otro continente, por lo regular una de las dos perece: tal es el principio de exclusión competitiva.

Todos los vegetales verdes necesitan agua, nutrientes y luz, y cuando crecen en el mismo lugar, una puede eliminar por competencia a las otras. En cambio, especies diferentes de plantas también se adaptan y especializan a sus condiciones particulares. Así, cada especie es capaz de vencer a la competencia si las condiciones son las adecuadas. Los mismos conceptos son válidos para las especies de los sistemas acuáticos dulces y marinos.

A continuación representaremos gráficamente los niveles tróficos:

Flujo de Energía:

Definimos energía como la capacidad de mover materia. En contrapartida, ningún cambio en el movimiento de la materia ocurre sin absorción o liberación de energía. Esto significa que ningún cambio en la materia desde la unión o la separación de pocos átomos en una reacción química hasta una gigantesca erupción volcánica se realiza sin los cambios respectivos de la energía.

Otra definición de energía la podemos considerar como “capacidad para realizar trabajo”. Toda la energía de la tierra, proviene del sol, o de su propia masa; aunque en términos operativos, la proporción con que la segunda participa como fuente energética en la dinámica ecológica del planeta es, en realidad casi nula, por lo que decimos que toda energía utilizada en los procesos de la atmósfera, hidrosfera y litosfera en la tierra, proviene directa o indirectamente, de manera mediata o inmediata del sol.

La Termodinámica: Es la parte de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.

Leyes de la energía: leyes de la termodinámica.

Primera ley de la termodinámica: la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. También se enuncia comúnmente como que "no se puede obtener algo de nada".

Segunda ley de la termodinámica, que dice que cualquier conversión energética terminará con menos energía de la que tenía al comenzar. Así, no sólo no se puede obtener algo de nada (primera ley), sino que ni siquiera se puede salir a mano.

La energía fluye a través de los distintos componentes vivos del ecosistema. Parte de ella se disipa, pero no se pierde para el ecosistema total.

¿QUÉ SUCEDE CON LA ENERGÍA A TRAVÉS DE LAS TRAMAS TRÓFICAS?

Ampliar información en los siguientes vínculos:

http://www.biologia.edu.ar/ecologia/FUNCIONAM%20DE%20UN%20ECOSISTEMA.htm

http://www.jmarcano.com/nociones/trofico.html#flujoenergia

http://www.jmarcano.com/nociones/trofico2.html#cadenasyredes

Unidad VII:Ambiente y sus elementos. Ecosistemas

El Ambiente

Se entiende por ambiente el entorno o suma total de aquello que nos rodea y que afecta y condiciona especialmente las circunstancias de vida de las personas o la sociedad en su conjunto. Comprende el conjunto de elementos biológicos, químicos, físicos y socioculturales, es un todo integrado, cuyos componentes se encuentran interrelacionados.

Ecología

La Ecología es la ciencia que se ocupa de las interrelaciones existentes entre los organismos vivos, vegetales o animales, y su ambiente (medio ambiente) ya que estos no son entidades aisladas, sino que están relacionadas entre si y con el entorno.

Éstos pueden ser estudiados en muchos niveles diferentes, desde las proteínas y ácidos nucleicos (en la bioquímica y la biología molecular), a las células (biología celular), tejidos (histología), individuos (botánica, zoología, fisiología, bacteriología, virología, micología y otras) y, finalmente, al nivel de las poblaciones, comunidades, ecosistemas y la biosfera.

La Biosfera

Para los ecólogos modernos, la ecología puede ser estudiada en varios niveles: nivel de población (personas de la misma especie en el mismo o similar medio ambiente), nivel biocenosis (o de la comunidad de las especies), nivel ecosistemas y nivel biosfera. 
Los seres vivientes se encuentran sólo dentro de un región muy limitada de la tierra que llamamos la Biosfera. Esta es la materia viva del planeta, o la parte del planeta ocupada por la vida y alcanza la hidrosfera, litosfera y atmósfera.
La Biosfera se extiende desde la parte más profunda del océano hasta unos pocos miles de metros en la atmósfera. En el seno de esta región ocurren diversas interacciones entre las especies.
La biosfera se compone de unas unidades llamadas Ecosistemas.

Ecosistemas y sus componentes
Se denomina ecosistema a todas las interacciones que se establecen entre los seres vivos y entre éstos y el ambiente en que se encuentran. Un ecosistema es la totalidad de los vegetales y los animales de una determinada región, junto con el entorno físico donde viven. Por definición, el ecosistema está formado por elementos con vida (bióticos) y sin vida (abióticos). Dentro de los primeros se incluyen los animales, vegetales, algas, hongos, bacterias y protozoarios. Los factores abióticos son el agua, el suelo, el aire, los rayos solares, los factores climáticos, etc. Los ecosistemas son sistemas complejos, por lo que cualquier variación que ocurra en uno de sus componentes traerá consecuencias en todos los demás componentes. Por esa razón es importante saber las distintas relaciones que se establecen entre los seres vivos y su entorno.
También podemos definir el ecosistema como todos los organismos que viven en comunidad (biocenosis) y todos los factores abióticos o biotopo, con los cuales los organismos actúan de manera recíproca.

Los seres autótrofos son aquellos que tienen la capacidad de sintetizar por si mismo materia orgánica, es decir, las plantas verdes con clorofila que realizan la fotosíntesis.

Loa seres heterótrofos  son aquellos que por no poseer clorofila no realizan la fotosíntesis, es decir, tienen que alimentarse de otros seres vivos; están representados por animales entre ellos: los mamíferos, las aves, los reptiles y los anfibios como las lombrices, los insectos y los microbios, que comprenden un extenso conjunto de bacterias, hongos y protozoarios microscópicos.

Clasificación de los ecosistemas

Los ecosistemas pueden ser clasificados en aeroterrestres y acuáticos, dependiendo del lugar (aire, tierra, agua) en que se lleva a cabo la vida de los organismos vivos. Son ecosistemas aeroterrestres los bosques, las praderas, el desierto, una playa, una montaña, un tronco de árbol caído, etc. Dentro de los ecosistemas acuáticos se diferencian aquellos que son de agua dulce (ecosistemas acuáticos continentales) como los ríos, lagos, lagunas, arroyos, charcas, etc. y los de aguas saladas (ecosistemas marinos), como los mares y océanos. Los límites de los ecosistemas terrestres pueden distinguirse a partir del tipo de vegetación predominante. 

Ampliar información en los siguientes vínculos:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo02/tema01/01_ 02_01.htm

Lectura: "Ambiente-Ecosistemas" enviada por el docente

Unidad VI: Biomas

Existen, sobre la superficie terrestre, infinidad de ambientes que varían en el clima, vegetación y otras condiciones indispensables para la existencia de organismos dentro de ellos. Estas regiones o ambientes con características de flora, fauna y clima definidos.

Bioma: Comunidades biológicas estables que ocupan grandes extensiones de territorio, poseen vegetación más o menos uniforme y la fauna propia o típica de las regiones. En el conjunto de todos los biomas constituyen la biosfera, y contiene todos los organismos vivos de la tierra.

En todos lo biomas existen relaciones entre flora, fauna y clima, en donde la vegetación es la que imprime la característica al paisaje y es la que nos indica si una determinada zona pertenece a un bioma o a otro. Por ejemplo, una región arenosa, con paca vegetación, elevada temperatura, nos indica que se trata de un desierto; en cambio, una vegetación de clima frío, con abundante de frailejón y elevada altitud señala que se trata de un bioma de páramo.

Cada bioma posee una flora, fauna y clima peculiar, distinto otros biomas. Por lo tanto, si se destruye la vegetación o se le modifican notablemente las condiciones ambientales del bioma, éstos resultarán seriamente afectados.

Principales biomas del mundo

¿Cuáles son los principales biomas del mundo?

Entre los biomas más importantes del planeta se encuentran las selvas, los bosques, la sabana, la taiga, la estepa, ,la tundra y los desiertos.

Los biomas terrestres

-La tundra: El clima es frio, precipitaciones muy escasas, pero las bajas temperaturas impiden la evaporación, la vegetación está dominada por líquenes, musgos, etc.la fauna abundan insectos que dejan huevos o larvas, también hay animales como el reno que emigran o el oso que hibernan.

-La taiga: El clima es frio inviernos largos y fríos y veranos cortos y frescos, no hay estación seca, la vegetación hay abetos y pinos boreales y la fauna son animales con coloración blanca para pasar desapercibidos, ejemplo el zorro ártico.

-La estepa: El clima es templado con grandes oscilaciones térmicas, precipitaciones se reparten de forma desigual durante todo el año por lo que hay estación seca, la vegetación hay plantas herbáceas que se desarrollan con la lluvia y la fauna hay herbívoros como el bisonte o el caballo

-La sabana: El clima es cálido, las precipitaciones están concentradas en una estación húmeda que alterna con una estación seca, la vegetación son plantas herbáceas con algunos arbustos y la fauna hay manadas de elefantes, cebras, etc.

-El bosque caducifolio: El clima es templado, inviernos fríos y veranos templados, precipitaciones distribuidas durante todo el año, no hay estación seca, vegetación hay árboles de hoja caduca como el roble o el haya, la fauna existen especies que como adaptación al frio hibernan o emigran.

-El bosque mediterráneo: El clima es templado con inviernos suaves y veranos calurosos, hay pocas precipitaciones por lo que hay una sequía estival, la vegetación hay árboles y arbustos de hojas perennes como la encina o el alcornoque y la fauna hay animales como el conejo, el jabalí y el zorro.

AMPLIAR INFORMACIÓN EN:

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo03/01_03_01.htm

Unidad V: Ciclos biogeoquímicos: agua, carbono, nitrogeno y oxígeno

La materia circula desde los seres vivos hacia el ambiente abiótico, y viceversa. Esa circulación constituye los ciclos biogeoquímicos, que son los movimientos de agua, de carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y otros elementos que en forma permanente se conectan con los componentes bióticos y abióticos de la Tierra.
 Los componentes del entorno geológico son: 1) la atmósfera, constituida fundamentalmente por gases, que incluyen el vapor de agua; 2) la litosfera, la corteza sólida de la Tierra y 3) la hidrosfera, que comprende los océanos, lagos y ríos, que cubren ¾ partes de la superficie terrestre.
Los componentes biológicos de los ciclos biogeoquímicos incluyen los productores, consumidores y degradadores.
El papel de cada descomponedor puede ser muy especializado.
Como resultado de la actividad metabólica de los descomponedores, de los compuestos orgánicos se liberan sustancias inorgánicas al suelo o al agua. Desde el suelo o el agua, estas sustancias son vueltas a incorporar a los tejidos de los productores primarios, pasan a los consumidores y detritívoros y luego son entregadas a los descomponedores, de los cuales entran nuevamente en las plantas, repitiendo el ciclo.
Los elementos que necesitan los organismos vivos suelen estar presentes en sus tejidos en concentraciones más elevadas que en el aire, el suelo y el agua circundantes. Esta concentración de elementos resulta de la absorción selectiva de sustancias por las células vivas, amplificada por los efectos de concentración de las cadenas tróficas. En circunstancias naturales, este efecto de concentración –denominada también bioacumulación– suele ser variable; generalmente, los animales tienen un mayor requerimiento de minerales que las plantas, porque gran parte de la biomasa vegetal es celulosa.

Los ciclos biogeoquímicos más importantes corresponden al agua, oxígeno, carbono y nitrógeno. Gracias a estos ciclos es posible que los elementos principales (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre) estén disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos.

Los ciclos biogeoquímicos pueden ser gaseosos, sedimentarios y mixtos.

-Ciclos gaseosos

Los elementos casi siempre se distribuyen tanto en la atmósfera como en el agua y de ahí a los organismos, y así sucesivamente.

Los elementos que cumplen ciclos gaseosos son el carbono, el oxígeno y el nitrógeno.

La transformación de elementos de un estado a otro es relativamente rápida.

-Ciclos sedimentarios

Son aquellos donde los elementos permanecen formando parte de la tierra, ya sea en las rocas o en el fondo marino, y de ahí a los organismos. En estos, la transformación y recuperación de estos elementos es mucho más lenta. Ejemplos de ciclos sedimentarios son el del fósforo y el del azufre.

-Ciclos mixtos

El ciclo del agua es una combinación de los ciclos gaseoso y sedimentario, ya que esa sustancia permanece tanto en la atmósfera como en la corteza terrestre.

 Ciclo del agua
Los rayos solares calientan las aguas. El vapor sube a la troposfera en forma de gotitas. El agua se evapora y se concentra en las nubes. El viento traslada las nubes desde los océanos hacia los continentes.
A medida que se asciende bajan las temperaturas, por lo que el vapor se condensa. Es así que se desencadenan precipitaciones en forma de lluvia y nieve.
El agua caída forma los ríos y circula por ellos. Además, el agua se infiltra en la tierra y se incorpora a las aguas subterráneas (mantos freáticos). Por último, el agua de los ríos y del subsuelo desemboca en los mares.

Ciclo del carbono
El carbono, como dióxido de carbono, inicia su ciclo de la siguiente manera:
Durante la fotosíntesis, los organismos productores (vegetales terrestres y acuáticos) absorben el dióxido de carbono, ya sea disuelto en el aire o en el agua, para transformarlo en compuestos orgánicos. Los consumidores primarios se alimentan de esos productores utilizando y degradando los elementos de carbono presentes en la materia orgánica. Gran parte de ese carbono es liberado en forma de CO2 por la respiración, mientras que otra parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros (consumidores secundarios), que se alimentan de los herbívoros. Es así como el carbono pasa a los animales colaborando en la formación de materia orgánica.
Los organismos de respiración aeróbica (los que utilizan oxígeno) aprovechan la glucosa durante ese proceso y al degradarla, es decir, cuando es utilizada en su metabolismo, el carbono que la forma se libera para convertirse nuevamente en dióxido de carbono que regresa a la atmósfera o al agua.
Los desechos de las plantas, de los animales y de restos de organismos se descomponen por la acción de hongos y bacterias. Durante este proceso de putrefacción por parte de los descomponedores, se desprende CO2.

En niveles profundos del planeta, el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como el petróleo. Este importante compuesto se ha originado de los restos de organismos que vivieron hace miles de años. Durante las erupciones volcánicas se libera parte del carbono constituyente de las rocas de la corteza terrestre.

Una parte del dióxido de carbono disuelto en las aguas marinas ayuda a determinados organismos a formar estructuras como los caparazones de los caracoles de mar. Al morir, los restos de sus estructuras se depositan en el fondo del mar. Con el paso del tiempo, el carbono se disuelve en el agua y es utilizado nuevamente durante su ciclo.
 Los océanos contienen alrededor del 71% del carbono del planeta en forma de carbonato y bicarbonato. Un 3% adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y el fitoplancton. El carbón fósil representa un 22%. Los ecosistemas terrestres, donde los bosques constituyen la principal reserva, contienen alrededor del 3-4% del carbono total, mientras que un pequeño porcentaje se encuentra en la atmósfera circulante y es utilizado en la fotosíntesis.

Los ciclos biogeoquimicos o de la materia from cienciasdebebita

Ciclo del oxígeno
El ciclo del oxígeno está estrechamente vinculado al del carbono, ya que el proceso por el cual el carbono es asimilado por las plantas (fotosíntesis) da lugar a la devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que en el proceso de respiración ocurre el efecto contrario.
Otra parte del ciclo natural del oxígeno con notable interés indirecto para los organismos vivos es su conversión en ozono (O3). Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno (O) que reaccionan con otras moléculas de O2, formando ozono. Esta reacción se produce en la estratosfera y es reversible, de forma que el ozono vuelve a convertirse en oxígeno absorbiendo radiaciones ultravioletas.

El Nitrógeno
La reserva fundamental es la atmósfera, que está compuesta por un 78% de nitrógeno. No obstante, la mayoría de los seres vivos no lo puede utilizar en forma directa, con lo cual dependen de los minerales presentes en el suelo para su utilización. En los organismos productores el nitrógeno ingresa en forma de nitratos, y en los consumidores en forma de grupos amino. Existen algunas bacterias especiales que pueden utilizar directamente el nitrógeno atmosférico. Esas bacterias juegan un papel muy importante en el ciclo al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el nitrógeno en otras formas químicas como amonio y nitratos, para que puedan ser aprovechadas por las plantas.

Ciclo del nitrógeno
Está compuesto por las siguientes etapas.
1- Fijación: se produce cuando el nitrógeno atmosférico (N2) es transformado en amoníaco (NH3) por bacterias presentes en los suelos y en las aguas. Las bacterias del género Rhizobium sp. viven en simbiosis dentro de los nódulos que hay en las raíces de plantas leguminosas. En ambientes acuáticos, las cianobacterias son importantes fijadoras de nitrógeno.
2- Amonificación: es la transformación de compuestos nitrogenados orgánicos en amoníaco. En los animales, el metabolismo de los compuestos nitrogenados da lugar a la formación de amoníaco, siendo eliminado por la orina como urea (humanos y otros mamíferos), ácido úrico (aves e insectos) o directamente en amoníaco (algunos peces y organismos acuáticos). Estas sustancias son transformadas en amoníaco o en amonio por los descomponedores presentes en los suelos y aguas. Ese amoníaco queda a disposición de otro tipo de bacterias en las siguientes etapas.
3- Nitrificación: es la transformación del amoníaco o amonio (NH4+) en nitritos (NO2–) por un grupo de bacterias del género Nitrosomas para luego esos nitritos convertirse en nitratos (NO3–) mediante otras bacterias del género Nitrobacter.

4- Asimilación: las plantas toman el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3–) por las raíces para poder utilizarlos en su metabolismo. Usan esos átomos de nitrógeno para la síntesis de clorofila, de proteínas y de ácidos nucleicos (ADN y ARN). Los consumidores obtienen el nitrógeno al alimentarse de plantas y de otros animales.

5- Desnitrificación: proceso llevado a cabo por bacterias desnitrificantes que necesitan utilizar el oxígeno para su respiración en suelos poco aireados y mal drenados. Para ello, degradan los nitratos y liberan el nitrógeno no utilizado a la atmósfera.

Unidad IV: Cambio global

Cambio global

Noticia al día: Alarma Planetaria (Tomado con fines instruccionales del diario Ultima Hora de Portuguesa del día Sábado, 03-02-2007) sobre informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) de la Organización de las Naciones Unidas (ONU), con sede en París - Francia.

Expertos advierten sobre peligro aumento de la temperatura de la Tierra. Refugiados climáticos superarán a los refugiados por las guerras. “Estamos al límite de lo irreversible, según lo expresado por el presidente francés Jacques Chirac, donde pidió una revolución económica y política para hacer frente a los desafíos del cambio climático en una conferencia internacional que se celebra en París el día 02-02-2007, destinada a impulsar la idea de una organización de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. Frente a ésta urgencia, no hay tiempo para medidas tibias, es hora de una revolución de nuestras conciencias, de nuestra economía y de nuestra acción política”

El hombre ha cambiado el clima y sus crecientes emisiones de dióxido de carbono y otros gases que provocarán un peligroso calentamiento de la temperatura de la Tierra y trastornos meteorológicos, como frecuentes olas de calor, huracanes y sequías que se dejarán sentir durante más de un milenio. Son las conclusiones del informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) de la Organización de las Naciones Unidas (ONU), con sede en París – Francia, divulgado el día Viernes 02- 02- 2007. Este texto, publicado por este organismo, advierte que la tierra experimentará en el siglo XXI un calentamiento entre 1.8 y 4 grados, el nivel del mar ascenderá unos 58 centímetros y aumentarán los devastadores fenómenos meteorológicos. Según unos 500 especialistas del IPCC, reunidos en París durante una semana, el calentamiento del planeta es debido (con un 90% de probabilidad) a las emisiones de dióxido de carbono y otros gases que causan el efecto invernadero provocados por la mano del hombre. El IPCC estimó además que las emisiones “pasadas y futuras de dióxido de carbono seguirán contribuyendo al recalentamiento y a la elevación del nivel de los mares durante más de un milenio”.

El informe de este importante grupo de expertos, que debería regir en los próximos 5 años las decisiones de los gobiernos en materia ambiental, es el más alarmante de los que han elaborado el IPCC, ya que deja claro que el calentamiento global es una realidad y se debe con casi total seguridad a la mano del hombre. “El calentamiento global es un hecho y es realmente fuerte. Todo lo que nos rodea, los océanos o disminución de la nieve, da testimonio de éste fenómeno”, declaró el experto francés Jean Jouzel.

Si los diferentes Estados no ponen los medios para reducir la contaminación de la atmósfera, la temperatura podría aumentar hasta 6,4%. Esta cifra es una media, lo cual implica que existirán enormes diferencias entre regiones y habrá zonas más castigadas que otras como los polos, que sufrirán importantes deshielos. Además con la subida de temperatura de la tierra, subirá también la del agua. Todo ello provocará cambios climáticos inesperados y funestos como olas de calor fuertes, ciclones tropicales, los tifones y huracanes más intensos y frecuentes, sequías terribles y desaparición de importantes superficies fértiles.

Estas transformaciones obligarán a decenas de miles de personas a abandonar sus casas y el número de refugiados climáticos será superior a los refugiados de las guerras, advirtieron los expertos. “El aumento de 40 centímetros en el nivel de los océanos significará que 200 millones de personas deberán abandonar su hogar y su lugar de residencia”. El informe explica además cómo la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera causa el llamado efecto invernadero, que impide la ventilación correcta del planeta y por tanto provoca un calentamiento.

En este momento la concentración de CO2 en la atmósfera es de 380 partes por millón, frente a la 270 partes por millón registradas en 1750. Según el IPCC, en ningún caso irá más allá de 550 partes por cada millón. En cifras globales, en 5 años, las emisiones de CO2 pasaron de 6.400 millones de toneladas a 7.200 millones, lo cual muestra que la comunidad internacional está lejos de cambiar su comportamiento. El IPCC, creado en 1.988 por la ONU y la Organización Meteorológica Mundial, para mediar entre los investigadores y los gobernantes es probablemente la voz más respetada en la materia y tiene por misión alertar a los dirigentes mundiales. Con este informe los expertos desean que la comunidad internacional de una respuesta fuerte y unida que implique una continuación y un perfeccionamiento del acuerdo de Kyoto, destinado a reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2), cuya primera fase expira en el 2012. Este protocolo no ha sido ratificado por Estados Unidos, primer contaminador mundial.

Sirena de alarma:

Según la organización ecologista Greenpeace, el informe de éste Grupo intergubernamental activa “la sirena de alarma” necesaria para impulsar a los gobiernos a la acción. “Si el último informe del IPCC en 2001 nos hizo despertar, este nuevo informe es una sirena de alarma. La buena noticia es que nuestra comprensión del sistema climático y del impacto humano ha mejorado, la mala es que el futuro que se avizora es muy peligroso”. Entre otros aspectos del informe divulgado en París se extraen datos de gran relevancia, que deben mover la reflexión de todos.

Ampliar información en los siguientes vínculos:

Convención Marco sobre el Cambio Climático http://unfccc.int/resource/docs/2015/cop21/spa/l09s.pdf

http://www.ultimasnoticias.com.ve/noticias/actualidad/mundo/lea-aqui-las-claves-del-acuerdo-de-paris-sobre-el-.aspx

http://www.elmundo.es/ciencia/2015/12/13/566d425322601d4a628b4573.html

Unidad III: Atmósfera: caracterización e importancia

LA ATMÓSFERA.

Es la capa más externa que rodea a la tierra; está formada por una capa gaseosa (el aire) que la envuelve. El aire está formada por una mezcla de nitrógeno (78%), oxígeno (21%) dióxido de carbono  (0.3%) y otros gases en muy pequeña proporción como el neón, helio, hidrógeno, ozono.

La composición de la atmósfera no es uniforme sino que varia con la altura. Para su estudio se diferencian varias capas:

a)      troposfera: es la capa inferior de la atmósfera que se halla en contacto con la, superficie de la tierra y alcanza un grosor de unos 10 km, ella contiene más de las ¾ partes del aire que se encuentra en la atmósfera. Hace posible la existencia de plantas y animales, ya que en su composición se encuentran la mayor parte de los gases que estos seres necesitan para vivir. Además, aquí ocurren todos los fenómenos meteorológicos y actúa de regulador de la temperatura del planeta, ya que el denominado efecto invernadero hace que la temperatura no llegue a valores extremos ni aumente o disminuya bruscamente, al ser absorbido el calor por las partículas de vapor de agua de las nubes.

b)      Estratrosfera: cubre a la troposfera y se extiende hasta aproximadamente 50Km. En esta zona  es abundante el anhídrido carbónico que retiene el calor  y que contribuye al efecto invernadero. Carece de movimientos verticales pero si tiene horizontales. En esta capa se encuentra el ozono que filtra los rayos ultravioletas del sol.

c)      Mesosfera: capa que envuelve a la estratosfera. Alcanza  los 80 Km. En esta capa se producen movimientos de turbulencia.

d)     Ionosfera o termosfera: es una capa que se encuentra rodeando a la mesosfera, algunos científicos la consideran parte de ella. Esta formada por partículas ionizadas  iones) que permiten la propagación de las ondas de radio y las telecomunicaciones.

e)      Exosfera: se desarrolla a partir de los 120 Km de altura y se extiende aproximadamente hasta los 64.00 Km .El aire es muy escaso allí, está enrarecido con elementos como el helio y el hidrógeno ionizado.

LA CAPA DE OZONO.

La cantidad de radiación solar que llega a la tierra, es regulada y controlada por la atmósfera mediante procesos muy complejos. La atmósfera está formada por una serie de capas constituidas a lo largo de la evolución del planeta. De todas estas capas, la más importante es la estratosfera; por encontrarse en ella la ozonosfera, lo cual hizo posible el desarrollo de la vida al absorber los rayos ultravioleta del sol, considerados muy perjudiciales para los seres vivos. Estos rompen los enlaces que deben existir entre el carbono-hidrógeno y las moléculas orgánicas y además disocian las moléculas del agua.

En los últimos años, se han encontrado evidencias de la parcial destrucción de la capa de ozono.  La causa principal es la reacción de los clorofluorocarbonos o halocarbonos, que  poseen un número variable de átomos de cloro flúor y bromo, utilizados en los aerosoles, refrigerantes y espumantes. Los clorofluorocarbonos al ser liberados en la atmósfera, permanecen en ella un periodo que puede llegar a los 300 y 1.000 años. Dichos compuestos no sufren en la troposfera cambios en su composición, lo cual les permite difundirse y llegar hasta la estratosfera, donde la radiación ultravioleta es mayor y puede disociar los clorofluorocarbonos y liberar los átomos de cloro y bromo, los cuales inician una reacción en cadena que destruye la capa de ozono. De esta manera, se facilita el paso de los rayos ultravioleta a la superficie terrestre.

Los efectos producidos por la destrucción de la capa de ozono, y el consecuente aumento de las radiaciones solares, son los siguientes:

a) En la salud:

Existen evidencias, que permiten demostrar la relación existente entre el aumento del cáncer en la piel y las exposiciones a la radiación ultravioleta.

b) En las plantas:

Varios experimentos que analizaron las consecuencias de las radiaciones ultravioleta sobre las plantas, dieron como resultado: degradación de la clorofila, disminución de la capacidad de fotosíntesis y muerte de las células.

e) En el clima:

El ozono presente en la estratosfera, además de ser importante dada su capacidad para absorber los rayos ultravioleta, contribuye con el mantenimiento de la temperatura de la tierra.

d) En la sociedad:

La contaminación atmosférica produce un alto costo social traducido en: baja calidad de vida; pérdidas en horas/hombre de trabajo; aumento de los costos de la salud pública; y retardos en el desarrollo del niño. Ello incide en la disminución del potencial de recursos humanos del país, en el rendimiento del trabajo, en la disminución de la productividad agropecuaria; en el aumento en el costo de mantenimiento de materiales e infraestructura, en la disminución de su vida útil y en la pérdida del patrimonio cultural.

Leer el siguiente artículo:  http://elpais.com/diario/1991/10/19/sociedad/687826804_850215.html

La Lluvia Ácida

Es producto del abuso del hombre al descargar en la atmósfera contaminantes gaseosos, que han alterado las condiciones naturales de las lluvias en ciertas regiones, convirtiéndolas en una solución diluida de ácidos capaces de producir daños al ambiente y en los seres vivos. La lluvia natural o limpia tiene cierta acidez, derivada por la reacción de las aguas con los niveles normales de anhídrido carbónico (CO₂); formando ácido carbónico (H₂CO₃). Dicha acidez le sirve para disolver algunos minerales en la tierra y hacerlos disponibles a la vida animal y vegetal.

Cuando la lluvia esta contaminada son muchos los efectos negativos que causa al ambiente. En los lagos y ríos la lluvia ácida ha causado la destrucción de los huevos de peces y anfibios y la destrucción de especies que forman la base de la cadena alimenticia; el crecimiento retardado de algunos bosques; reducción de la fotosíntesis de las plantas y corrosión de metales, mármol y otros materiales. Las lluvias ácidas en los bosques causan daño a la química del suelo lo que reduce la productividad de los bosques y, en consecuencia, los nutrientes que mantienen el equilibrio de los sistemas ecológicos. Para reducir este problema, se deben controlar las emisiones a la atmósfera de oxido de azufre y nitrógeno, cambiar los procesos de producción de gas o vapor, electricidad, combustible y otros contaminantes que afectan al aire.

El Efecto Invernadero

Se produce por la filtración de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera, contribuye a retener el calor de la tierra, que junto con la capa de ozono impide la filtración excesiva de los rayos ultravioleta. De no existir estos componentes se produciría un dramático enfriamiento nocturno en el planeta; al aumentar la presencia del dióxido de carbono, aumenta el exceso de calor retenido y se produce el efecto invernadero. La contaminación del aire se produce principalmente por la combustión de petróleo y carbón. Al arder estas sustancias liberan metales pesados que llevan cientos de años fijados a la corteza de la tierra. El problema más grave es el azufre, es lanzado a la atmósfera como dióxido de azufre (SO2), aunque en contacto con el agua se convierte en ácido sulfuroso (H₂SO₃) y finalmente en ácido sulfúrico (H2SO4). Este ácido corroe la maquinaria y los componentes metálicos y daña la piedra de los edificios, siendo un buen ejemplo la Acrópolis de Atenas. Sin embargo, las enfermedades respiratorias y pulmonares que generan en millones de personas constituyen un problema más grave.

Unidad II: Hidrosfera. Caracterización e importancia

CONCEPTO Y CARACTERÍSTICAS DE HIDROSFERA.

La hidrosfera es la capa de agua que rodea la Tierra. El agua circula continuamente de unos lugares a otros, cambiando su estado físico, en una sucesión cíclica de procesos que constituyen el denominado ciclo hidrológico, el cual es la causa fundamental de la constante transformación de la superficie terrestre. La energía necesaria para que se puedan realizar esos cambios de estado del agua y el ciclo hidrológico procede del Sol. En resumen es una cubierta dinámica, con continuos movimientos y cambios de estado, que regula el clima, participa en el modelado del relieve y hace posible la vida sobre la Tierra. La hidrosfera es también responsable de riesgos geológicos externos como inundaciones, muchos deslizamientos del terreno, algunas subsidencias del terreno…

La hidrosfera se formó por la condensación y solidificación del vapor de agua conteniendo en la atmósfera primitiva. El agua cubre casi las tres cuartas partes de la superficie de la Tierra. La mayoría (97%) es agua salada que forma mares y océanos y, una pequeña parte (3%), se encuentra en la atmósfera y sobre los continentes, generalmente en forma de agua dulce. Esta última parte se encuentra de mayor a menor cantidad de agua: hielo> agua subterránea> lagos, embalses, pantanos, ríos > atmósfera > biosfera (seres vivos).
Entre las características de la hidrosfera destacamos su composición mineral, salinidad,
contenido en oxígeno, variación de la temperatura con la profundidad y densidad:

-Composición del agua del mar y del agua continental.
La salinidad media de mares y océanos es de 35 gr/l (3,5%), las sales principales son el Cl- y el Na+, y en menor proporción SO42-, Mg2+ y otros iones, mientras que la salinidad de las aguascontinentales varía muchísimo dependiendo de las rocas por donde discurra el agua (si son rocas muy solubles el agua se carga de sales superando la salinidad del mar), también puede variar su composición química dependiendo de la naturaleza de los terrenos que atraviesan, aunque en general,en las aguas continentales predominan los aniones CO32-, HCO3-, SO42-, , Cl- y los cationes Na+, K+, Ca2+ y Mg2+.

Características del agua oceánica: salinidad, temperatura,densidad y contenido en oxígeno.
Salinidad: es la concentración total de los iones disueltos presentes en el agua. La salinidad media de mares y océanos es de 35 gr/l, aunque existen variaciones de unos mares a otros debido a la mayor evaporación que concentra las sales (Mar Mediterráneo 38 g/L, Mar Rojo 40 g/L, Mar Muerto 226 g/L) o al aporte de aguas dulces como las procedentes de la fusión glacial (Mar Báltico 5 g/L).

Temperatura: varía en los océanos con la profundidad y la latitud (latitudes bajas presentan aguas cálidas mientras que latitudes altas aguas frías).

Densidad: la densidad del agua oceánica es algo mayor que la del agua pura, variando en proporción directa con la salinidad (más sales más densidad) y en proporción inversa con la temperatura (más temperatura menos densidad). De estos dos factores, tiene una mayor incidencia la temperatura, por lo que el agua más densa es la de los mares polares.
La distinta densidad de las masas de agua provoca su desplazamiento tanto en horizontal como en la vertical, de manera que las más densas se colocan por debajo de las más ligeras. Así las variaciones de densidad constituyen un factor determinante en la dinámica oceánica (responsable junto con la dinámica atmosférica de suavizar las diferencias de temperatura en la Tierra).

Contenido en oxígeno: Los gases disueltos en el agua son los mismos que componen el aire libre, pero en diferentes proporciones, condicionadas por la aportación atmosférica y diversos factores. La temperatura y la salinidad influyen reduciendo la solubilidad de los gases cuando cualquiera de esos dos parámetros aumenta. Otros factores son la actividad metabólica de los seres vivos. El oxígeno (O2) abunda sobre todo en la superficie, donde predomina la fotosíntesis sobre la respiración, y suele presentar su mínimo hacia los 400m de profundidad, donde los efectos de la difusión desde el aire libre y de la fotosíntesis ya no alcanzan, pero donde todavía es alta la densidad de organismos consumidores, que lo agotan. En resumen, las aguas más agitadas, frías y con abundantes organismos fotosintéticos tendrán más oxígeno.


DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA.

97% salada (océanos y mares)
3% dulce (hielo > agua subterránea > lagos-embalses, pantanos, ríos > atmósfera > biosfera).

CONCEPTO Y BALANCE DEL CICLO HIDROLÓGICO.

El ciclo hidrológico es posible debido a unos procesos que hacen pasar el agua de unos compartimentos de la hidrosfera a otros, en algunos casos con cambio de estado incluido. Estos procesos son: evaporación, evapotranspiración, condensación, precipitación, infiltración y escorrentía. Tanto el agua de escorrentía como la infiltrada en el terreno (agua subterránea) se dirigen de vuelta al mar cerrando el ciclo. Para que se produzcan estos procesos es necesaria la energía del Sol (produce la evaporación y evapotranspiración) y la fuerza de la gravedad (causa precipitaciones, escorrentía y la infiltración).

Balance hidrológico:
Se refiere a la relación de agua que entra y sale de una localidad. Puede ser positivo ( si llueve, es decir entra agua), negativo ( si solo hay evaporación ) o equilibrado.
En los océanos se evapora más cantidad de agua de la que se precipita en los océanos. En los continentes precipita más agua de la que se evapora en los continentes. Los continentes por lo tanto, tienen un balance positivo del agua y los océanos tienen un balance negativo. Esta diferencia se ve compensada por el agua que regresa a los océanos desde los continentes. Entonces el balance global del ciclo hidrológico em el planeta Tierra está equilibrado.

CONTAMINACIÓN DEL AGUA
Puede definirse como la introducción por el hombre, directa o indirectamente, de sustancias o energía en el ambiente acuático, incluyendo los océanos y los estuarios, que produzcan efectos tan perjudiciales como daños a los recursos vivos y para la salud humana, obstaculizando las actividades marinas, deterioro de la calidad del agua para su uso y reducción de los recursos turísticos.
La contaminación de los cuerpos de agua es de mucha gravedad, ya que inutiliza enormes cantidades de agua, para diferentes usos, que alteran su composición física química y biológica, así como su aspecto. Algunas de las causas que originan dicha contaminación son:

Desechos domésticos: Los desechos domésticos son de naturaleza orgánica e inorgánica; los primeros son los constituidos por las heces, orina, restos de alimentos de origen vegetal y animal; los segundos como el papel, vidrio, latas, plásticos, entre otros.

Desechos industriales: Los productos de desechos de la agricultura y la ganadería; vertidos de aguas contaminadas usadas por las industrias en sus procesos productivos; los desechos sólidos arrojados a cualquier fuente de agua; el calor derivado de aguas usadas por la refrigeración y por el enfriamiento de turbinas de las plantas hidroeléctricas; por compuestos inorgánicos como el fósforo, potasio entre otros, metales que en grandes cantidades pueden afectar la vida acuática y al hombre; por desechos radioactivos que pueden acumularse en los tejidos corporales de los peces y de otros animales consumidos por el hombre; productos petroquímicos, sustancias aromáticas, detergentes y los plásticos; derrame de hidrocarburos, los cuales destruyen la fauna marina; insecticidas, funguicidas y herbicidas u otros que se utilicen en la lucha contra la malaria y otras enfermedades transmitidas por insectos; detergentes que llegan al mar a través de los ríos y alcantarillas y materiales plásticos de tipos diversos resistentes a la degradación bioquímica y química.

Los efectos que produce esta contaminación son físicos, químicos y biológicos, los cuales se explican a continuación:
Físicos: malos olores, alteración del color, cambios de temperatura, presencia de materiales flotantes que la enturbian, y si los contaminantes son en grandes proporciones o son sólidos de gran tamaño, dificultan su uso, las actividades turísticas, la pesca y la recreación.
Químicos: efectos de nutrientes como el fósforo y el nitrógeno ocasionan la eutrofización de los lagos y los ríos, manifestado por el crecimiento de cianofíceas y plantas acuáticas que ocupan la superficie del agua; los gases tóxicos como dióxido de azufre y óxido de nitrato, se combinan con el agua atmosférica y producen las lluvias ácidas, las cuales pueden dañar los depósitos de agua, los suelos y corroen los metales.
Biológicos: destrucción de ecosistemas acuáticos por muerte de especies animales y vegetales o por mutaciones de especies.
De los recursos naturales, el agua es el más abundante: ocupa más del 70% de la superficie de la tierra. De este total, un 97% es agua salada no apta para consumo humano, ni para uso agrícola. El 3% restante, es agua dulce que, aun cuando puede ser consumida por el hombre, debe someterse a procesos de potabilización. El agua es una sustancia esencial para la vida. Constituye el principal componente del protoplasma celular, representa dos tercios del peso total del hombre, y hasta nueve décimas partes del de los vegetales.
Se considera que existe contaminación de las aguas cuando sus características físicas, químicas y biológicas se encuentran alteradas, debido al vertido de residuo sólido o líquidos, que degradan el recurso de su estado natural y afecta directamente la salud humana y los recursos de la vida acuática.

Eutrofización
Es el proceso mediante el cual los cuerpos de agua se enriquecen de sustancias nutritivas, sea por vía natural o incluida por el hombre. Las actividades agrícolas e industriales, la pesca intensiva, explotación doméstica e industrial, uso recreativo y otros usos extensivos del agua contribuyen a la eutrofización de los ríos y de los lagos (caso típico el “Lago de Maracaibo”). Este provoca cambios indeseables en la flora y la fauna, reduciendo el valor estético y lo económico de estas zonas húmedas y amenazando el futuro de valiosos recursos hídricos. Es el caso de la proliferación de la Lemna en el Lago de Maracaibo.
Las causas que dan origen a este problema vienen dadas por el establecimiento de centros urbanos e industriales en las cercanías o dentro de las cuencas hidrográficas, que al depositar sus desechos en las aguas, sin haber sido sometido a un tratamiento adecuado para desincorporar o transformar los elementos que originan la eutrofización, ocasiona el daño.