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Ecosistemas “Su influencia en el individuo, la familia y la comunidad”

Dr. Fernando Durand Concha

Bioma

Victoria amazonica Floración de Victoria en el Hortus Botanicus de Ámsterdam clasificación científica: Reino:Plantae, División:Fanerógama Magnoliophyta, Clase:Magnoliopsida Orden:Nymphaeales, Familia:Nymphaeaceae, Género:Victoria; Especies, Victoria amazonica (Poepp.) Sowerby La especie Victoria amazonica, también llamada Victoria regia, es una planta acuática de la familia de las Nymphaeaceae, es el lirio del agua o nenúfar gigante, más grande de todos los lirios del agua. Los ingleses le dieron el nombre por el que es conocida actualmente, Victoria, en homenaje a la reina, cuando el explorador alemán al servicio de la Corona Británica Robert Hermann Schomburgk llevó sus semillas para los jardines de los palacios ingleses. La victoria-regia (Victoria amazonica) es una planta acuática de la familia de las Nymphaeaceae, típica de la región amazónica. Se caracteriza por tener una gran hoja en forma de círculo, que flota sobre la superficie del agua, y puede llegar a tener hasta 3 metros de diámetro, sobre tallos de 7 a 8 m de largo y pueden soportar hasta 40 kilos, si se encuentran bien distribuidos en su superficie. Su flor mide siempre más de 4 dm de diámetro (su floración ocurre desde inicio de marzo hasta julio) es blanca y se abre apenas anochece, a partir de las seis de la tarde, exhalan una divina fragancia nocturna parecida al albaricoque, llamada por los europeos de "rosa lacustre", se mantiene abierta hasta aproximadamente las nueve horas de la mañana del día siguiente. En el segundo día, el de la polinización, la flor cambia su color a rosa. Una vez que las flores se abren, su fuerte olor atrae las abejas polinizadoras (Cyclocefalo casteneaea), que se adentran en ellas quedandose prisioneras. Actualmente existen numerosas variedades, gracias a las nuevas biotecnologías con las que es posible controlar el tamaño de las hojas, con lo que se usan abundantemente en el paisajismo urbano, tanto en grandes lagos, como en pequeños espejos de agua.

El ecosistema: sistema funcional formado por una comunidad integrada en su medio. Es la comunidad biótica y las condiciones abióticas en las que viven sus elementos. El bioma: agrupamiento de todos los ecosistemas de la misma clase. Ej: el bioma de los bosques templados del sur incluye diversas comunidades arbóreas dominadas por distintas especies de árboles. La biosfera: es el conjunto de los ecosistemas naturales desarrollados en el seno de los mares o en la superficie de los continentes. Es el conjunto de organismos del planeta. Un solo ecosistema gigantesco.

La Puya Raimondi (Puya raimondii) o Titanca, es una de las plantas más impresionantes que existe sobre la tierra. Pariente de la piña, es la bromeliácea más grande, y tiene además varias características que la hacen única. Durante decenas de años, sus hojas espinosas van creciendo hasta parecer, en la distancia, un maguey gigante(chagual o ágave, en otras partes del mundo), el cual llega a medir hasta cuatro metros de altura, y que de por sí constituye un espectáculo inusual en la aridez llana de la puna; arriba de los 4,000 metros de altitud. Luego, súbitamente empieza a crecer la inflorescencia, hasta alcanzar entre ocho y diez metros de altura. No hay inflorescencia más grande sobre el planeta (produce 5000 flores). Dicen que la planta florece sólo cuando llega a cumplir los cien años de edad, y después de soltar sus semillas (produce 6'000,000 de semillas) la planta muere. Las Titancas o Puyas Raimodi, crecen en "bosques", a falta de mejor nombre para denominar los espacios localizados en la puna, en los cuales se desarrolla. El bosque más conocido está en la reserva del Parque Nacional Huascarán, en el departamento de Ancash. La puya fue descubierta y estudiada por el sabio Antonio Raimondi. Huascarán, montaña del centro-oeste de Perú situada en el departamento de Ancash. Se halla enclavada en la cordillera Blanca, el principal y más elevado ramal de la cordillera Occidental de los Andes, y está separada de la cordillera Negra —llamada así porque debido a su menor altitud no dispone de neveros— por el callejón de Huaylas, que recorre el río Santa. El Huascarán, el pico más elevado de Perú, es un macizo granodiorítico levantado durante la era terciaria. Posee dos cimas, la septentrional o norte, a 6.655 m de altitud, que fue coronada en 1908 por Peck, Taugwalder y Zumtaugwald, y la meridional o sur, a 6.768 m, que fue conquistada en 1932 por Bernhard y Borchers. Es objeto de escaladas y excursiones, especialmente en las lagunas de Llanganuco. A sus pies se encuentra la ciudad de Yungay, destruida en 1970 por un terremoto que provocó un gigantesco alud de 15 millones de m3 de nieve que llegó a la ciudad en tres minutos (a una velocidad de 300 km/h). En esta zona del callejón de Huaylas murieron 60.000 personas. Este importante valle fue sede de las culturas precolombinas de Recuay y Huaylas. Conquistado por los incas en 1460, el nevado fue descubierto para la Monarquía Hispánica por Hernando Pizarro en 1533 Desde 1975 forma parte del Parque nacional Huascarán

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• ¿Qué es un ecosistema? • Área de la naturaleza, incluyendo seres bióticos y sustancias abióticas que se interrelacionan produciendo intercambio de materias y energía.

Puesto que ningún organismo puede vivir fuera de su ambiente o sin relacionarse con otras especies, es la unidad funcional de la vida sostenible en la tierra.

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Ecosistema y ecotono

• Ecosistema es: „

Cualquier comunidad biótica más o menos delimitada que vive en cierto ambiente.

„

Es el conjunto formado por un sustrato físico (biotopo) y una parte viva (biocenosis). Son ejemplos : un lago, una zona litoral, una marisma, un área de bosque mediterráneo, etc.

• Unidad básica de la ecología. • Interrelación y equilibrio (funcional y energético)

El ecotono conforma un há hábitat caracterí característico que alberga especies que no se encuentran en los ecosistemas que lo rodean.

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Componentes Ecosistema

Ecosistema terrestre Ecosistema de transición Ecosistema acuático

Ecosistema 1

Ecotono (pantano)

Ecosistema 2

BIOTOPO

BIOCENOSIS

Factores Físicos

Factores Bióticos

INTERRELACIONES

Biotopo es el espacio físico, natural y limitado donde se desarrolla la biocenosis (parte viva del ecosistema) Edafotopo.- referido al sustrato-biotopo: Tierra Climátopo.- características climáticas- biotopo: Aire Hidrótopo.- factores hidrográficos-biotopo: Agua. En cuanto a su extensión, puede ser tan amplio como el mar, en el que viven comunidades animales, vegetales y microorganismos; o tan reducido como un pequeño lago, un arrecife de coral, o los diferentes desniveles de un río, en los cuales existen residencias ecológicas con distintas comunidades animales y vegetales. biocenosis (también llamada comunidad biótica o ecológica) es el conjunto de organismos de cualquier especie (vegetal y animal) que coexisten en un espacio definido (el biotopo) que ofrece las condiciones exteriores necesarias para su supervivencia. La biocenosis puede dividirse en fitocenosis (especies vegetales) y zoocenosis (especies animales). En agricultura, el campo cultivado y su medioambiente inmediato se definen como una agrobiocenosis. El término biocenósis fue acuñado en 1877 por Karl Möbius, quien subrayaba así la necesidad de enfocar la atención no en el individuo sino en el conjunto de los individuos.

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Recordemos que los ecosistemas se agrupan cuando son similares en clases mayores llamadas BIOMAS y, que si agrupamos todos los ecosistemas o biomas en uno solo, formamos la BIOSFERA.

Entonces reflexionemos

¿Hasta que grado

podemos afectar, trastornar o destruir un

ecosistema y no afectar a la biosfera?

¿Y en que medida es posible alterar parámetros globales como la atmósfera o la temperatura antes de influir en todos los ecosistemas de la tierra ?

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BIOTOPO

BIOCENOSIS

INTERRELACIONES Cadenas Tróficas o alimentaría

Ciclo Biogeoquímico de la Materia

Flujo de Energía

INTERRELACIONES

Dr. Fernando Durand Concha

Victoria amazonica Floración de Victoria en el Hortus Botanicus de Ámsterdam clasificación científica: Reino:Plantae, División:Fanerógama Magnoliophyta, Clase:Magnoliopsida Orden:Nymphaeales, Familia:Nymphaeaceae, Género:Victoria; Especies, Victoria amazonica (Poepp.) Sowerby La especie Victoria amazonica, también llamada Victoria regia, es una planta acuática de la familia de las Nymphaeaceae, es el lirio del agua o nenúfar gigante, más grande de todos los lirios del agua. Los ingleses le dieron el nombre por el que es conocida actualmente, Victoria, en homenaje a la reina, cuando el explorador alemán al servicio de la Corona Británica Robert Hermann Schomburgk llevó sus semillas para los jardines de los palacios ingleses. La victoria-regia (Victoria amazonica) es una planta acuática de la familia de las Nymphaeaceae, típica de la región amazónica. Se caracteriza por tener una gran hoja en forma de círculo, que flota sobre la superficie del agua, y puede llegar a tener hasta 3 metros de diámetro, sobre tallos de 7 a 8 m de largo y pueden soportar hasta 40 kilos, si se encuentran bien distribuidos en su superficie. Su flor mide siempre más de 4 dm de diámetro (su floración ocurre desde inicio de marzo hasta julio) es blanca y se abre apenas anochece, a partir de las seis de la tarde, exhalan una divina fragancia nocturna parecida al albaricoque, llamada por los europeos de "rosa lacustre", se mantiene abierta hasta aproximadamente las nueve horas de la mañana del día siguiente. En el segundo día, el de la polinización, la flor cambia su color a rosa. Una vez que las flores se abren, su fuerte olor atrae las abejas polinizadoras (Cyclocefalo casteneaea), que se adentran en ellas quedandose prisioneras. Actualmente existen numerosas variedades, gracias a las nuevas biotecnologías con las que es posible controlar el tamaño de las hojas, con lo que se usan abundantemente en el paisajismo urbano, tanto en grandes lagos, como en pequeños espejos de agua.

La cadena trófica, también llamada cadena alimentaría o de nutrición, es la corriente de energía y nutrientes que se establece entre las distintas especies de un ecosistema en relación con su alimentación. Ciclos de la Materia; Algunos seres vivos son capaces de captarlos de los depósitos inertes en los que se acumulan. Después van transfiriéndose en las cadenas tróficas de unos seres vivos a otros, siendo sometidos a procesos químicos que los van situando en distintas moléculas. Así, por ejemplo, el N es absorbido del suelo por las raíces de las plantas en forma de nitrato; en el metabolismo de las plantas pasa a formar parte de proteínas y ácidos nucleicos (químicamente hablando ha sufrido una reducción); los animales tienen el N en forma de proteínas y ácidos nucleicos, pero lo eliminan en forma de amoniaco, urea o ácido úrico en la orina. El ciclo lo cierran bacterias del suelo que oxidan el amoniaco a nitratos. Por otros procesos el N puede ser tomado del aire por algunas bacterias que lo acaban dejando en forma de nitratos o también puede ser convertido a N2 gas por otras bacterias que lo devuelven a la atmósfera. Los ciclos de los elementos mantienen una estrecha relación con el flujo de energía en el ecosistema, ya que la energía utilizable por los organismos es la que se encuentra en enlaces químicos uniendo los elementos para formar las moléculas.

La Puya Raimondi (Puya raimondii) o Titanca, es una de las plantas más impresionantes que existe sobre la tierra. Pariente de la piña, es la bromeliácea más grande, y tiene además varias características que la hacen única. Durante decenas de años, sus hojas espinosas van creciendo hasta parecer, en la distancia, un maguey gigante(chagual o ágave, en otras partes del mundo), el cual llega a medir hasta cuatro metros de altura, y que de por sí constituye un espectáculo inusual en la aridez llana de la puna; arriba de los 4,000 metros de altitud. Luego, súbitamente empieza a crecer la inflorescencia, hasta alcanzar entre ocho y diez metros de altura. No hay inflorescencia más grande sobre el planeta (produce 5000 flores). Dicen que la planta florece sólo cuando llega a cumplir los cien años de edad, y después de soltar sus semillas (produce 6'000,000 de semillas) la planta muere. Las Titancas o Puyas Raimodi, crecen en "bosques", a falta de mejor nombre para denominar los espacios localizados en la puna, en los cuales se desarrolla. El bosque más conocido está en la reserva del Parque Nacional Huascarán, en el departamento de Ancash. La puya fue descubierta y estudiada por el sabio Antonio Raimondi. Huascarán, montaña del centro-oeste de Perú situada en el departamento de Ancash. Se halla enclavada en la cordillera Blanca, el principal y más elevado ramal de la cordillera Occidental de los Andes, y está separada de la cordillera Negra —llamada así porque debido a su menor altitud no dispone de neveros— por el callejón de Huaylas, que recorre el río Santa. El Huascarán, el pico más elevado de Perú, es un macizo granodiorítico levantado durante la era terciaria. Posee dos cimas, la septentrional o norte, a 6.655 m de altitud, que fue coronada en 1908 por Peck, Taugwalder y Zumtaugwald, y la meridional o sur, a 6.768 m, que fue conquistada en 1932 por Bernhard y Borchers. Es objeto de escaladas y excursiones, especialmente en las lagunas de Llanganuco. A sus pies se encuentra la ciudad de Yungay, destruida en 1970 por un terremoto que provocó un gigantesco alud de 15 millones de m3 de nieve que llegó a la ciudad en tres minutos (a una velocidad de 300 km/h). En esta zona del callejón de Huaylas murieron 60.000 personas. Este importante valle fue sede de las culturas precolombinas de Recuay y Huaylas. Conquistado por los incas en 1460, el nevado fue descubierto para la Monarquía Hispánica por Hernando Pizarro en 1533 Desde 1975 forma parte del Parque nacional Huascarán

Flujo de energía; 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 los niveles tróficos sólo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los productores a los descomponedores. La energía entra en el ecosistema 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 la energía similar al de los elementos químicos

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Niveles troficos Productores Primarios, autótrofos, que utilizando la energía solar (fotosíntesis) o reacciones químicas minerales (quimiosíntensis) obtienen la energía necesaria para fabricar materia orgánica a partir de nutrientes inorgánicos.

CADENA TROFICA O ALIMENTARIA

Consumidores primarios, los fitófago o herbívoros. Devoran a los organismos autótrofos, principalmente plantas o algas, se alimentan de ellos de forma parásita, como hacen por ejemplo los pulgones, son comensales o simbiontes de plantas, como las abejas, o se especializan en devorar sus restos muertos, como los ácaros oribátidos o los milpiés. Consumidores secundarios, los zoófagos o carnívoros, que se alimentan directamente de consumidores primarios, pero también los parásitos de los herbívoros, como por ejemplo el ácaro Varroa, que parasitiza a las abejas. Consumidores terciarios, los organismos que incluyen de forma habitual consumidores secundarios en su fuente de alimento. superpredadores (o superdepredadores). En ambientes terrestres son, por ejemplo, las aves de presa y los grandes felinos y cánidos. Éstos siempre han sido considerados como una amenaza para los seres humanos,

La cadena trófica, también llamada cadena alimentaria o de nutrición, es la corriente de energía y nutrientes que se establece entre las distintas especies de un ecosistema en relación con su alimentación.

En realidad puede haber hasta seis o siete niveles tróficos de consumidores, rara vez más, formando como hemos visto no sólo cadenas basadas en la predación o captura directa, sino en el parasitismo, el mutualismo, el comensalismo o la descomposición. Es de notar que en muchas especies distintas, categorías de individuos pueden tener diferentes maneras de nutrirse, que en algunos casos las situarían en distintos niveles tróficos. Por ejemplo las moscas de la familia Sarcophagidae, son recolectoras de néctar y otros líquidos azucarados durante su vida adulta, pero mientras son queresas (larvas) su alimentación típica es a partir de cadáveres (están entre los “gusanos” que se desarrollan durante la putrefacción). Los anuros (ranas y sapos) adultos son carnívoros, pero sus larvas, los renacuajos, raen las piedras para obtener algas. En los mosquitos (fam. Culicidae) las hembras son parásitas hematófagas de animales, pero los machos emplean su aparato bucal picador para alimentarse de savia vegetal.

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Cadenas Tróficas

Cadenas Tróficas

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FLUJO DE ENERGIA

Sol

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En el flujo de energía y de nutrientes inorgánicos, es posible hacer algunas generalizaciones:

La fuente primaria (en la mayoría de los ecosistemas) de energía es el sol. El destino final de la energía en los ecosistemas es perderse como calor. La energía y los nutrientes pasan de un organismo a otro a través de la cadena alimenticia a medida que un organismo se come a otro. Los descomponedores extraen la energía que permanece en los restos de los organismos.

Los nutrientes inorgánicos son reciclados pero la energía no.

La energía radiante del sol es interceptada por la biosfera. Después de pasar a través de las transformaciones que mantienen vivos a los organismos retorna al espacio exterior en forma de calor. De esta manera no hay "ciclo de energía

la energía (flechas oscuras) y los nutrientes inorgánicos (flechas claras) fluyen a través del ecosistema. Debemos, primeramente, aclarar algunos conceptos. La energía "fluye" a través del ecosistema como enlaces carbono-carbono. Cuando ocurre respiración, los enlaces carbono-carbono se rompen y el carbono se combina con el oxígeno para formar dióxido de carbono (CO2). Este proceso libera energía, la que es usada por el organismo (para mover sus músculos, digerir alimento, excretar desechos, pensar, etc.) o perdida en forma de calor. Las flechas oscuras en el diagrama representa el movimiento de esta energía. Observe que toda la energía proviene del sol, y que el destino final de toda la energía es perderse en forma de calor. ¡La energía no se recicla en los ecosistemas!

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Ciclo Biogeoquímico

INTRODUCCIÓN;La intercepción y utilización de la energía por los organismos vivos depende del almacenamiento de la energía en forma de enlaces químicos y del aprovechamiento de esta energía cuando los enlaces se rompen. La materia viva está hecha a partir de un numero pequeño de átomos diferentes: quizás 25. Algunos de estos átomos abundan en el mundo no viviente. Otros son muy escasos. Sin embargo, en uno y otro caso la vida ha persistido en este planeta a lo largo de un periodo de más de 3000 millones de años, pues existen mecanismos que permiten utilizar estos átomos una y otra vez. Por consiguiente, los átomos de la vida en realidad circulan. La naturaleza de algunos de estos ciclos es ahora objeto de nuestra atención. CICLOS BIOGEOQUIMICOS Cualquier elemento que un organismo necesite para vivir, crecer y reproducirse se llama nutrimento o nutriente. Los organismos vivos necesitan de 30 a 40 elementos químicos, aunque el número y tipos de estos elementos pueden variar con los distintos organismos. En general, tales nutrientes se encuentran en diversos compuestos. Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan macronutrientes. Son ejemplos: el carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más de 95% de la masa de todos los organismos. Los 30 o más elementos requeridos por los organismos en cantidades pequeñas, o trazas, se llaman micronutrientes. Son ejemplos el hierro, cobre, zinc, cloro y yodo. La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no ocurren en formas útiles para los organismos que viven en el planeta. Afortunadamente, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes para la vida sobre la tierra, son ciclados continuamente en vías complejas a través de las partes vivas y no vivas de la ecósfera, y convertidas en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos. Este ciclamento de los nutrientes desde el ambiente no vivo (depósitos en la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta los organismos vivos, y de regreso al ambiente no vivo, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (literalmente, de la vida (bio) en la tierra (geo), estos ciclos, activados directa o indirectamente por la energía que proviene del Sol, incluyen los del carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua (hidrológicos). De este modo, una sustancia química puede ser parte de un organismo en un momento y parte del ambiente del organismo en otro momento. Por ejemplo, una de las moléculas de oxígeno que usted acaba de inhalar, puede ser una inhalada anteriormente por usted, o su abuela, o por o por un dinosaurio hace millones de años. En forma semejante, alguno de los átomos de carbono de la piel que cubre su mano derecha puede haber sido parte de la hoja de una planta, la piel de un dinosaurio o de una capa de roca caliza.

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CICLO DEL CARBONO

1%

3%

3%+ Fitoplancton

71%

22%

1-Dióxido de carbono en la atmósfera, 2-Fábricas/centrales térmicas, 3-Depósito calizo, 4-Respiración de las raíces, 5-Descomposición, 6-Depósito de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural...), 7-Emisión del suelo y respiración de los organismos, 8-Respiración de los animales, 9-Respiración de las plantas, 10-Asimilación por las plantas, 11-Respiración de las algas y animales acuáticos, 12-Fotosíntesis de las algas, 13-Restos vegetales.

CICLO DEL CARBONO. Aunque el carbono es un elemento muy raro en el mundo no viviente de la tierra, representa alrededor del 18% de la materia viva. La capacidad de los átomos de carbono de unirse unos con otros proporciona la base para la diversidad molecular y el tamaño molecular, sin los cuales la vida tal como la conocemos no podría existir. Fuera de la materia orgánica, el carbono se encuentra en forma de bióxido de carbono (CO2) y en las rocas carbonatadas (calizas, coral). Los organismos autótrofos -especialmente las plantas verdes- toman el bióxido de carbono y lo reducen a compuestos orgánicos: carbohidratos, proteínas, lípidos y otros. Los productores terrestres obtienen el bióxido de carbono de la atmósfera y los productores acuáticos lo utilizan disuelto en el agua (en forma de bicarbonato, HCO3-). Las redes alimentarías dependen del carbono, no solamente en lo que se refiere a su estructura sino también a su energía. En cada nivel trófico de una red alimentaría, el carbono regresa a la atmósfera o al agua como resultado de la respiración. Las plantas, los herbívoros y los carnívoros respiran y al hacerlo liberan bióxido de carbono. La mayor parte de la materia orgánica en cada nivel trófico superior sino que pasa hacia el nivel trófico "final", los organismos de descomposición. Esto sucede a medida que mueren las plantas y los animales o sus partes (por ejemplo, las hojas). Las bacterias y los hongos desempeñan el papel vital de liberar el carbono de los cadáveres o de los fragmentos que ya no podrán utilizarse como alimento para otros niveles tróficos. Mediante el metabolismo de los animales y de las plantas se libera el bióxido de carbono y el ciclo del carbono puede volver a comenzar. los océanos contienen el 71% de los recursos de carbono de la Tierra en forma de carbonatos y bicarbonatos; un 3% en el fitoplancton y la materia orgánica muerta; otro 3% en los bosques; un 1% se utiliza en la fotosíntesis, y se encuentra circulando en la atmósfera; el 22% restante permanece fuera del ciclo en forma de combustibles fósiles y depósitos calizos. Actualmente, la combustión de los combustibles fósiles a la vez que se destruyen bosques más rápidamente que se regeneran, provoca que se incremente el dióxido de carbono emitido a la atmósfera; el resultado es el conocido efecto invernadero, que podría alterar el clima mundial en las próximas décadas.

Estos elementos circulan a través del aire, el suelo, el agua y los seres vivos. Gracias a los ciclos biogeoquímicos es posible que los elementos se encuentres disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos la vida se extinguiría. El término ciclo biogeoquímico se deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e intervienen en un cambio químico. Hay tres tipos de ciclos biogeoquímicos interconectados. En los ciclos gaseosos, los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera (agua) y los organismos vivos. En la mayoría de estos ciclos los elementos son reciclados rápidamente, con frecuencia en horas o días. Los principales ciclos gaseosos son los del carbono, oxígeno y nitrógeno. En los ciclos sedimentarios, los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre (suelo, rocas y sedimentos) la hidrosfera y los organismos vivos. Los elementos en estos ciclos, generalmente reciclados mucho más lentamente que en los ciclos atmosféricos, porque los elementos son retenidos en las rocas sedimentarias durante largo tiempo, con frecuencia de miles a millones de años y no tienen una fase gaseosa. El fósforo y el azufre son dos de los 36 elementos reciclados de esta manera. En el ciclo hidrológico; el agua circula entre el océano, el aire, la tierra y los organismos vivos, este ciclo también distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta.

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CICLO DEL NITROGENO.

EL CICLO DEL OXIGENO El oxígeno molecular (O2) representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este patrimonio abastece las necesidades de todos los organismos terrestres respiradores y cuando se disuelve en el agua, las necesidades de los organismos acuáticos. En el proceso de la respiración, el oxígeno actúa como aceptor final para los electrones retirados de los átomos de carbono de los alimentos. El producto es agua. El ciclo se completa en la fotosíntesis cuando se captura la energía de la luz para alejar los electrones respecto de los átomos de oxígeno de las moléculas de agua. Los electrones reducen los átomos de carbono (de bióxido de carbono) a carbohidrato. Al final se produce oxígeno molecular y así el ciclo se completa. Por cada molécula de oxígeno utilizada en la respiración celular, se libera una molécula de bióxido de carbono. Inversamente, por cada molécula de bióxido de carbono absorbida en la fotosíntesis, se libera una molécula de oxígeno.

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CICLO DEL NITROGENO. Todos los seres vivos requieren de átomos de nitrógeno para la síntesis de proteínas de una variedad de otras moléculas orgánicas esenciales. El aire, que contiene 79% de nitrógeno, se utiliza como el reservorio de esta sustancia. A pesar del gran tamaño del patrimonio de nitrógeno, a menudo es uno de los ingredientes limitantes de los seres vivos. Esto se debe a que la mayoría de los organismos no puede utilizar nitrógeno en forma elemental, es decir: como gas N2. Para que las plantas puedan sintetizar proteína tienen que obtener el nitrógeno en forma "fijada", es decir: incorporado en compuestos. La forma más comúnmente utilizada es la de iones de nitrato, NO3-. Sin embargo, otras sustancias tales como el amoníaco NH3 y la urea (NH2) 2CO, se utilizan con éxito tanto en los sistemas naturales como en forma de fertilizantes en la agricultura. Fijación del Nitrógeno. La molécula de nitrógeno, N2, es bastante inerte. Para separar los átomos, de tal manera que puedan combinarse con otros átomos, se necesita el suministro de grandes cantidades de energía. Tres procesos desempeñan un papel importante en la fijación del nitrógeno en la biosfera. Uno de estos es el relámpago. La energía enorme de un relámpago rompe las moléculas de nitrógeno y permite que se combinen con el oxígeno del aire. Los óxidos de nitrógeno formados se disuelven en el agua de lluvia y forman nitratos. En esta forma pueden ser transportados a la tierra. La fijación atmosférica del nitrógeno probablemente representa un 5-8% del total. La necesidad de nitratos para la fabricación de explosivos condujo al desarrollo de un proceso industrial de fijación del nitrógeno. En este proceso, el hidrógeno (derivado generalmente del gas natural o del petróleo) y el nitrógeno reaccionan para formar amoníaco, NH3. Para que la reacción pueda desarrollarse eficientemente, tiene que efectuarse a elevadas temperaturas (600ºC), bajo gran presión y en la presencia de un catalizador. Hoy en día, la mayor parte del nitrógeno fijado industrialmente se utiliza como fertilizante. Quizás un tercio de toda la fijación del nitrógeno que hoy en día tiene lugar en la biosfera se efectúa industrialmente. Las bacterias son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico tanto para su huésped como para sí mismas. En efecto, la capacidad para fijar nitrógeno parece ser exclusiva de los procariotes. Otras bacterias fijadoras del nitrógeno viven libremente en el suelo. También algunas algas verde-azules son capaces de fijar en nitrógeno y desempeñan un papel importante en el mantenimiento de la fertilidad en medios semiacuáticos como campos de arroz. A pesar de la amplia investigación desarrollada, todavía no es claro de que manera los fijadores del nitrógeno son capaces de vencer las barreras de alta energía inherentes al proceso. Ellos requieren de una enzima, llamada nitrogenasa, y un alto consumo de ATP. Aunque el primer producto estable del proceso es el amoníaco, este es incorporado rápidamente en las proteínas y en otros compuestos orgánicos que contienen nitrógeno. Podemos decir, entonces, que la fijación del nitrógeno en las proteínas de la planta (y de los microbios). Las plantas carentes de los beneficios de la asociación con fijadores del nitrógeno, sintetizan sus proteínas con fijadores de nitrógeno absorbido del suelo, generalmente en forma de nitratos. Descomposición. Las proteínas sintetizadas por las plantas entran y atraviesan redes alimentarías al igual que los carbohidratos. En cada nivel trófico se producen desprendimientos hacia el ambiente, principalmente en forma de excreciones. Los beneficiarios terminales de los compuestos nitrogenados orgánicos son microorganismos de descomposición. Mediante sus actividades, las moléculas nitrogenadas orgánicas de las excreciones y de los cadáveres son descompuestas y transformadas en amoniaco. Nitrificación. El amoniaco puede ser absorbido directamente por las plantas a través de sus raíces y, como se ha demostrado en algunas especies, a través de sus hojas. (Estas últimas, cuando se exponen a gas de amoniaco previamente marcado con isótopos radiactivos, incorporan amoniaco en sus proteínas). Sin embargo, la mayor parte del amoníaco producido por descomposición se convierte en nitratos. Este proceso se cumple en dos pasos. Las bacterias del género nitrosomonas oxidizan el NH3 y lo convierten en nitritos (NO2-). Los nitritos son luego oxidados y se convierten en nitratos (NO3-) mediante bacterias del género Nitrobacter. Estos dos grupos de bacterias quimioautotróficas se denominan bacterias nitrificantes. A través de sus actividades (que les suministran toda la energía requerida para sus necesidades), el nitrógeno es puesto a disposición de las raíces de las plantas. Desnitrificación. Si el proceso descrito antes comprendiera el ciclo completo del nitrógeno, estaríamos ante el problema de la reducción permanente del patrimonio de nitrógeno atmosférico libre, a medida que es fijado comienza el ciclaje a través de diversos ecosistemas. Otro proceso, la desnitrificación, reduce los nitratos a nitrógeno, el cual se incorpora nuevamente a la atmósfera. Así, otra vez, las bacterias son los agentes implicados. Estos microorganismos viven a cierta profundidad en el suelo y en los sedimentos acuáticos donde existe escasez

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CICLO DEL AZUFRE. Bióxido de azufre

sulfato

Acido sulfhidrico

sulfato

Acido sulfhidrico Acido sulfhidrico

CICLO DEL AGUA (Ciclo Hidrológico). El ciclo del agua o ciclo hidrológico, que colecta, purifica y distribuye el abasto fijo del agua de la tierra. El ciclo hidrológico está enlazado con los otros ciclos biogeoquímicos, porque el agua es un medio importante para el movimiento de los nutrientes dentro y fuera de los ecosistemas. La energía solar y la gravedad convierten continuamente el agua de un estado físico a otro, y la desplazan entre el océano, el aire, la tierra y los organismos vivos. Los procesos principales en este reciclamiento y ciclo purificador del agua, son la evaporación (conversión del agua en vapor acuoso), condensación (conversión del vapor de agua en gotículas de agua líquida), transpiración (proceso en el cual es absorbida por los sistemas de raíces de las plantas y pasa a través de los poros (estomas) de sus hojas u otras partes, para evaporarse luego en la atmósfera, precipitación (rocío, lluvia, aguanieve, granizo, nieve) y escurrimiento de regreso al mar para empezar el ciclo de nuevo. La energía solar incidente evapora el agua de los mares y océanos, corrientes fluviales, lagos, suelo y vegetación, hacia la atmósfera. Los vientos y masas de aire transportan este vapor acuoso sobre varias partes de la superficie terrestre. La disminución de la temperatura en partes de la atmósfera hacen que el vapor de agua se condense y forme gotículas de agua que se aglomeran como nubes o niebla. Eventualmente, tales gotículas se combinan y llegan a ser lo suficientemente pesadas para caer a la tierra y a masas de agua, como precipitación. Parte del agua dulce que regresa a la superficie de la tierra como precipitación atmosférica queda detenida en los glaciares. Gran parte de ella se colecta en charcos y arroyos, y es descargada en lagos y en ríos, que llevan el agua de regreso a los mares, completando el ciclo. Este escurrimiento de agua superficial desde la tierra reabastece corrientes y lagos, y también causa erosión del suelo lo cual impulsa a varias sustancias químicas a través de porciones de otros ciclos biogeoquímicos. Una gran parte del agua que regresa a la tierra penetra o se infiltra en las capas superficiales del suelo, y parte se resume en el terreno. Allí, es almacenada como agua freática o subterránea en los poros y grietas de las rocas. Esta agua, como el agua superficial, fluye cuesta abajo y se vierte en corrientes y lagos, o aflora en manantiales. Eventualmente, dicha agua, como el agua de superficies, se evapora o llega al mar para iniciar el ciclo de nuevo. La intensidad media de circulación del agua subterránea en el ciclo hidrológico es extremadamente lenta (en cientos de años), comparada con la de la superficie (10 a 120 días) y la de la atmósfera (10 a 12 días). En algunos casos, los nutientes son transportados cuando se disuelven en el agua corriente, en otros casos, los compuestos nutrientes ligeramente solubles o insolubles del suelo o del fondo del mar, son desplazados de un lugar a otro por el flujo del agua.

CICLO DEL AZUFRE. El azufre esta incorporado prácticamente en todas las proteínas y de esta manera es un elemento absolutamente esencial para todos los seres vivos. Se desplaza a través de la biosfera en dos ciclos, uno interior y otro exterior. El ciclo interior comprende el paso desde el suelo (o desde el agua en los ambientes acuáticos) a las plantas, a los animales, y de regreso nuevamente al suelo o al agua. Sin embargo, existen vacíos en este ciclo interno. Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en la tierra (por ejemplo, el suelo) son llevados al mar por los ríos. Este azufre se perdería y escaparía del ciclo terrestre si no fuera por un mecanismo que lo devuelve a la tierra. Tal mecanismo consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como el ácido sulfhidrico (H2S) y el bióxido de azufre (SO2). Estos penetran en la atmósfera y son llevados a tierra firme. Generalmente son lavados por las lluvias, aunque parte del bióxido de azufre puede ser directamente absorbido por las plantas desde la atmósfera. Las bacterias desempeñan un papel crucial en el ciclaje del azufre. Cuando está presente en el aire, la descomposición de los compuestos del azufre (incluyendo la descomposición de las proteínas) produce sulfato (SO4=). Bajo condiciones anaeróbicas, el ácido sulfhidrico (gas de olor a huevos podridos) y el sulfuro de dimetilo (CH3SCH3) son los productos principales. Cuando estos dos últimos gases llegan a la atmósfera, son oxidadas y se convierten en bióxido de azufre. La oxidación ulterior del bióxido de azufre y su disolución en el agua lluvia produce ácido sulfhidrico y sulfatos, formas principales bajo las cuales regresa el azufre a los ecosistemas terrestres. El carbón mineral y el petróleo contienen también azufre y su combustión libera bióxido de azufre en la atmósfera.

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EL CICLO DEL FOSFORO. Aunque la proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, el papel que desempeña es absolutamente indispensable. Los ácidos nucleicos, sustancias que almacenan y traducen el código genético, son ricos en fósforo. Muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, que a su vez desempeña el papel de intercambiador de la energía, tanto en la fotosíntesis como en la respiración celular. El fósforo es un elemento más bien escaso del mundo no viviente. La productividad de la mayoría de los ecosistemas terrestres pueden aumentarse si se aumenta la cantidad de fósforo disponible en el suelo. Como los rendimientos agrícolas están también limitados por la disponibilidad de nitrógeno y potasio, los programas de fertilización incluyen estos nutrientes. En efecto, la composición de la mayoría de los fertilizantes se expresa mediante tres cifras. La primera expresa el porcentaje de nitrógeno en el fertilizante; la segunda, el contenido de fósforo (como sí estuviese presente en forma de P2O5); y la tercera, el contenido de potasio (expresada sí estuviera en forma de óxido K2O). El fósforo, al igual que el nitrógeno y el azufre, participa en un ciclo interno, como también en un ciclo global, geológico. En el ciclo menor, la materia orgánica que contiene fósforo (por ejemplo: restos de vegetales, excrementos animales) es descompuesta y el fósforo queda disponible para ser absorbido por las raíces de la planta, en donde se unirá a compuestos orgánicos. Después de atravesar las cadenas alimentarías, vuelve otra vez a los descomponedores, con lo cual se cierra el ciclo. Hay algunos vacíos entre el ciclo interno y el ciclo externo. El agua lava el fósforo no solamente de las rocas que contienen fosfato sino también del suelo. Parte de este fósforo es interceptado por los organismos acuáticos, pero finalmente sale hacia el mar. El ciclaje global del fósforo difiere con respecto de los del carbón, del nitrógeno y del azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. El uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarías marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del levantamiento geológico lento de los sedimentos del océano para formar tierra firme, un proceso medido en millones de años. El hombre moviliza el ciclaje del fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato.

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