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Circulación de Matería y Energía en la Biosfera
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Circulación de Matería y Energía en la Biosfera

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Tema 4 de Ciencias de la Tierra y Medioambientales de 2º de BAT

Tema 4 de Ciencias de la Tierra y Medioambientales de 2º de BAT

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  • 1.  Ecosistema: Es un sistema natural integrado por componentes vivos y no vivos que interactúan entre sí. (Componentes bióticos + componentes abióticos) Biocenosis: Comunidad de los seres vivos (componentes bióticos) que componen un ecosistema. Biotopo: Es el ambiente físico y químico (componentes abióticos) donde se desarrolla un ecosistema.
  • 2. Biosfera: Es el conjunto formado por todos los seres vivos que habitan la tierra. Ecosfera: es el conjunto formado por todos los ecosistemas de la tierra, o sea, es el gran ecosistema planetario. Biomas: Diferentes ecosistemas que hay en la Tierra.
  • 3.  Mecanismo de transferencia de energía de unos organismo a otros en forma de alimento.  Son relaciones de alimentación que se representan mediante cadenas o redes tróficas.
  • 4.  1º nivel trófico. Transforman la materia inorgánica en orgánica mediante la energía solar (fotosíntesis) o la energía liberada en reacciones de oxidación (quimiosíntesis).
  • 5.  Parte de la materia orgánica sintetizada, es consumida directamente en el proceso de la respiración celular.  El resto se almacena en forma de tejidos y puede ser transferida a los siguientes niveles tróficos.
  • 6. PRODUCTORES H2O + CO2 Pigmentos fotosintéticos Energía solar + Materia inorgánica Materia orgánica propia (Glucosa otras moléculas) FOTOSÍNTESIS (O QUIMIOSÍNTESIS) + O2 Crecimiento y reparación celular (Reacciones químicas de síntesis que consumen energía) + ANABOLISMO CATABOLISMO Obtención energía (Respiración celular) Movimiento Calor Reacciones metabólicas
  • 7.  Se produce en los cloroplastos y su reacción global es: 6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa  C6H12O6 + 6 O2  La energía lumínica es captada por la clorofila de las plantas y utilizada para generar moléculas de ATP y NADPH (Fase luminosa).  En una segunda fase (Fase oscura) la energía química contenida en el ATP y el NADPH es utilizada para reducir moléculas de CO2 hasta gliceraldehido, a partir del cual se sintetizan las moléculas orgánicas, principalmente glucosa.  Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas.
  • 8. Organismos heterótrofos que utilizan la materia orgánica ya formada. Consumidor cuaternario Consumidor terciario Consumidor secundario Consumidor primario Productor Herbívoros: consumidores primarios que se alimentan de los productores. Carnívoros: Se alimentan de los herbívoros. Supercarnívoros
  • 9. CONSUMIDORES Alimento (Materia orgánica) Materia orgánica propia Digestión y otras transformaciones (Componentes sencillos alimento) Alimento no digerido (Excrementos ) Crecimiento y reparación celular (Reacciones químicas de síntesis que consumen energía) + ANABOLISMO CATABOLISMO Obtención energía (Respiración celular) Movimiento Calor Reacciones metabólicas
  • 10. Se realiza en las mitocondrias: C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + Energía En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con O2 del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH que la célula puede utilizar para cualquier proceso en el que se necesite energía.
  • 11. Transforman la materia orgánica en materia mineral: ›Bacterias y hongos. Productores Consumidores Descomponedores Tejidos muertos
  • 12.  Otros: Omnívoros, necrófagos, saprofitos, detritívoros...
  • 13. El ciclo de materia tiende a ser cerrado CICLO DE MATERIA: La materia orgánica se recicla por acción de los descomponedores en sales minerales que sirven de nutrientes para los productores.
  • 14.  FLUJO DE ENERGÍA: La energía solar entra mediante la fotosíntesis en la cadena trófica y pasa de unos eslabones a otros mediante un flujo abierto y unidireccional  El flujo va disminuyendo al degradarse parte de la energía por la respiración y las pérdidas por calor. El flujo de energía es abierto
  • 15. BIOMASA  Cantidad en peso de materia orgánica (viva o muerta) de algún nivel trófico o ecosistema.  Se expresa en unidades de peso o de energía y puede estar referida a unidades de superficie o volumen (g C/cm2 , kg C/m2 , tm C/ha). Es una medida del almacenamiento de la energía solar en forma de energía química.
  • 16. PRODUCCIÓN  Se refiere al incremento de biomasa. Es una medida del flujo de energía que recorre el ecosistema por unidad de superficie y tiempo. › Producción primaria: es la cantidad de energía luminosa transformada en materia orgánica (biomasa) por los productores. › Producción secundaria: Se refiere a la biomasa producida por los consumidores. Producción (P) = Biomasa / Tiempo
  • 17.  Producción bruta: Es el total de energía fijada por unidad de tiempo en un nivel trófico.  Producción neta: Es la energía almacenada en un nivel trófico. Es el aumento de biomasa por unidad de tiempo. O sea la energía que queda a disposición del siguiente nivel trófico después de descontar la respiración. Producción neta (PN) = Producción bruta (PB) ─ Respiración
  • 18. PRODUCTORES H2O + CO2 Pigmentos fotosintéticos Energía solar + Materia inorgánica Materia orgánica propia (Glucosa otras moléculas) (PRODUCCIÓN PRIMARIA BRUTA) FOTOSÍNTESIS (O QUIMIOSÍNTESIS) (PRODUCCIÓN PRIMARIA) + O2 Crecimiento y reparación celular (Reacciones químicas de síntesis que consumen energía) (PRODUCCIÓN PRIMARIA NETA) + ANABOLISMO CATABOLISMO Obtención energía (Respiración celular) Movimiento Calor Reacciones metabólicas (CONSUMO ENERGÉTICO)
  • 19. Bosque : Gran cantidad de productores primarios: Producción Primaria bruta alta. Producción neta baja. Ya que los organismos consumen mucho en la respiración para mantener sus estructuras. Pradera: Predominancia de plantas anuales que sufren intensa depredación: Producción primaria bruta baja. Producción neta proporcionalmente alta. El gasto en respiración es bajo debido a que no tiene que mantener estructuras complejas.
  • 20. CONSUMIDORES Alimento (Materia orgánica) Materia orgánica propia (PRODUCCIÓN SECUNDARIA BRUTA ) Digestión y otras transformaciones (Componentes sencillos alimento) (PRODUCCIÓN SECUNDARIA ) Alimento no digerido (Excrementos ) Crecimiento y reparación celular (Reacciones químicas de síntesis que consumen energía) (PRODUCCIÓN SECUNDARIA NETA) + ANABOLISMO CATABOLISMO Obtención energía (Respiración celular) Movimiento Calor Reacciones metabólicas (CONSUMO ENERGÉTICO)
  • 21.  La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10% de la acumulada en él.
  • 22.  PRODUCTIVIDAD: Relación que existe entre producción neta y biomasa. Indica la producción de nueva biomasa en relación con la existente. Es un índice de la velocidad de renovación del ecosistema o tasa de renovación. Varia entre 0 y 1. TIEMPO DE RENOVACIÓN: Tiempo que tarda en renovarse un nivel trófico. Productividad = (Producción neta / Biomasa) × 100 Tiempo de renovación = Biomasa / Producción neta (días, años…)
  • 23.  EFICIENCIA: cociente entre la energía fijada en un nivel trófico o ecosistema y la energía que llega a ese ecosistema o nivel, o lo que es lo mismo: cociente salidas/entradas. › Productores: Energía asimilada (Biomasa)/Energía incidente (Aprox 1-3%) › Consumidores: PN/alimento total ingerido. › PN/PB(Energía asimilada) Calcula las pérdidas por respiración (Vegetales >50% de eficiencia) › PN/PN (nivel inferior) x 100 Eficiencia = PN del nivel n / PN del nivel n-1 × 100
  • 24. Eficiencia de la PPB (Ea/Ei) % dedicado a Respiración (Pn/Pb) Comunidades de fitoplancton < 0,5% 10 - 40% Plantas acuáticas enraizadas y algas de poca profundidad > 0,5% Bosques 2 - 3'5% 50 - 75% Praderas y comunidades herbáceas 1 - 2% 40 - 50% Cosechas < 1,5% 40 - 50% La eficiencia sirve para valorar los ecosistemas explotados por el hombre.
  • 25.  Pirámides de números: Representa el nº de individuos en un nivel trófico.  Pirámides de biomasa: Representa la biomasa acumulada en ese nivel. En sistemas acuáticos la base puede ser más pequeña que el siguiente escalón.  Pirámides de energía: Sigue la regla del 10%, la base representa la cantidad de energía en ese nivel.
  • 26. Pirámides de energía Pirámides de números Pirámides de biomasa CLIC SOBRE LAS PIRÁMIDES PARA AMPLIAR
  • 27.  Representa el nº de individuos en un nivel trófico. Consumidores secundarios: 3 individuos/km2 Consumidores primarios: 2,5 × 104 individuos/km2 Productores: 3,7 × 105 individuos/km2
  • 28. Consumidores secundarios: 8 individuos Consumidores primarios: 92 individuos Productores: 1 individuo VOLVER
  • 29. Consumidores terciarios: 1,9 × 107 kcal/km2 · año Consumidores secundarios: 5 × 108 kcal/km2 · año Consumidores primarios: 7 × 109 kcal/km2 · año Productores: 5 × 1010 kcal/km2 · año VOLVER
  • 30.  Representa la biomasa acumulada en ese nivel. Consumidores secundarios: 12 g peso seco/m2 Consumidores primarios: 43 g peso seco/m2 Productores: 950 g peso seco/m2 Consumidores terciarios: 1 g peso seco/m2
  • 31. Consumidores secundarios: 5,3 × 105 gC/km2 Consumidores primarios: 7 × 105 gC/km2 Productores: 1,6 × 105 gC/km2 Consumidores terciarios: 8 × 104 gC/km2
  • 32. Consumidores secundarios: 5 × 103 gC/km2 Consumidores primarios: 3,1 × 105 gC/km2 Productores: 9,3 × 105 gC/km2
  • 33. Consumidores primarios: 21 g peso seco/m2 Productores: 5 g peso seco/m2 VOLVER  En sistemas acuáticos la base puede ser más pequeña que el siguiente escalón.
  • 34.  LEY DEL MÍNIMO: El crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante.  Temperatura  Agua (humedad)  Nutrientes (nitrógeno y fósforo)  Luz  Concentración de CO2 http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos11.htm
  • 35. Un aumento incrementa la producción, pero si aumenta en exceso decrece bruscamente.
  • 36. Niveles altos de CO2 aumentan la productividad como ocurre en invernaderos.
  • 37.  EL AGUA permite el crecimiento, al servir de vehículo a las sales minerales y sin ella los estomas se cierran e impiden el paso de CO2.  Si el nivel de CO2 es bajo cae la fotosíntesis, debido a que la enzima RuBisCO promueve la fotorrespiración. [CO2]  [CO2]
  • 38.  Según como tenga lugar este proceso existen diversos tipos de plantas : › C3 (normales),p.ej. Trigo, patata, arroz, tomate judías. › C4 (soportan bajos niveles CO2),p.ej. Maíz, caña de azúcar, sorgo, mijo.
  • 39. Una mayor cantidad de luz provoca un aumento de la productividad hasta cierto nivel, sobrepasado el cual no aumenta la productividad.
  • 40.  Nitrógeno y fósforo: Estos nutrientes son factores limitantes muy importantes. La riqueza y productividad de los ecosistemas dependen de los mecanismos de reciclado de los nutrientes. En ecosistemas marinos son mucho más condicionantes debido a la dificultad para el reciclado.
  • 41. Atmósfera Hidrosfera Corteza terrestre Biosfera
  • 42.  Son los caminos realizados por la materia, cuando escapan de la biosfera y pasan por la atmósfera, hidrosfera y litosfera. Tienden a ser cerrados.  Las actividades humanas ocasionan la apertura y aceleración de los mismos.  Estas acciones contravienen el principio de sostenibilidad de los ecosistemas: reciclar al máximo la materia para obtener nutrientes y que no se produzcan desechos.
  • 43. Atmósfera Hidrosfera Corteza Ozono (O3) Oxígeno molecular Óxidos gaseosos (COx, SOx, NOx) Radiación ultravioleta Forma parte biomoléculas y agua O2 disuelto Agua (H2O) Hidroxilo (OH-) Aniones oxácidos (SO4-, NO3-, CO32-) Óxidos metálicos (Fe2O3 y otros) Oxisales (CaSO4 y otros) Silicatos (minerales de arcilla y otros) Meteorización química (oxidación) Escape a la atmósfera Disolución Fotosíntesis Respiración Descomposición anaerobia Respiración Fotosíntesis Disolución de sales solubles Biosfera
  • 44.  Ciclo biológico: Fotosíntesis que fija carbono y respiración que lo devuelve. Ciclo biogeoquímico: Atmósfera e hidrosfera intercambian CO2 por difusión. ›Paso del CO2 de la atmósfera a la litosfera: el CO2 se disuelve en agua que ataca rocas (carbonatadas y silicatadas) formando compuestos que irán al mar. ›Retorno del CO2 a la atmósfera mediante erupciones. ›Sumideros fósiles.
  • 45. CO2 ATMOSFÉRICO PRODUCTORES CONSUMIDORES Restos Restos RESPIRACIÓN y DESCOMPOSICIÓN CARBÓN Y PETRÓLEO Combustión CO2 disuelto en HIDROSFERA Incendios Vulcanismo DESCOMPONEDORES Caparazones y esqueletos ROCAS CARBONATADAS Fijación bioquímica Equilibrio Disolución rocas carbonatadas Meteorización química LITOSFERA: Mayor depósito terrestre de carbono.
  • 46. Atmósfera Hidrosfera Corteza Metano (CH4) Clorofluorocarbonos Dióxido de carbono (CO2) Oxidación Formando parte de biomoléculas y de exoesqueletos y conchas de seres vivos CO2 disuelto como ion HCO3- e ion CO3- CH4 acumulado en sedimentos Magmas, rocas calizas, depósitos de combustibles fósiles y materia orgánica muerta en el suelo Disolución Difusión a la atmósfera Actividad volcánica Meteorización química (carbonatación) Fotosíntesis Respiración y combustión Respiración y actividad de bacterias metanógenas Fotosíntesis Disolución de carbonatos Precipitación Biosfera
  • 47.  El N2 se encuentra en grandes cantidades en forma de gas en la atmosfera, pero es inaccesible para la mayoría de seres vivos.  Es después del P el principal condicionante de la producción de biomasa. Es imprescindible para la construcción de aminoácidos y ácidos nucleicos.
  • 48.  El ciclo consta de 4 procesos: La fijación (N2 NOx) se puede realizar en la atmósfera, pero la mayor parte la realizan microoganismos. La amonificación (NH3) la realizan bacterias que producen amoniaco proveniente de la descomposición de seres vivos. La nitrificación la realizan bacterias que transforman el amoniaco en primer lugar en nitritos NO2 y después en nitratos NO3. La desnitrificación la realizan bacterias anaeróbicas que descomponen los nitritos en N2.
  • 49. N2 ATMOSFÉRICO VEGETALES CONSUMIDORES Restos orgánicos DESCOMPONEDORES NO3- (Nitratos) NH4+ (Amonio) Amonificación (Bact. Quimiorganotrofas) NO2- (Nitritos) Nitrosación (Nitrosomonas sp.) LEGUMINOSAS (Rhizobium sp.) Fijación simbiótica Desnitrificación (hongos y Pseudomonas…) Vulcanismo ACTIVIDAD HUMANA: Combustiones, Fijación industrial, uso fertilizantes
  • 50. Hidrosfera Corteza Biosfera Biomoléculas (ácidos nucleicos y aminoácidos) Disolución de óxidos en el agua de las precipitaciones Desnitrificación bacteriana y putrefacción Iones solubles: nitrato (NO3-), nitrito (NO2-), amonio (NH4+). Materia orgánica Nitratos (NaNO3) (evaporitas) Óxidos (NOx) Amoniaco (NH3) Nitrógeno molecular (N2) Oxidación por las descargas eléctricas (rayos) Escape como residuo de actividades humanas Actividad volcánica Meteorización (disolución) Precipitación Putrefacción y aporte de origen antrópico Asimilación Meteorización (disolución) Fijación por bacterias y cianobacterias
  • 51.  La reserva principal de fósforo lo constituyen los fosfatos (litosfera -> lento retorno).  Existe mucho más N que P en la Tierra, pero los organismos necesitamos tener más P que N, por ello es el principal factor limitante para la producción de biomasa.
  • 52. Hidrosfera Corteza Biosfera Extracción para obtener fertilizantes << ATP Biomoléculas Esqueletos PO43- HPO42- H2PO4- Rocas volcánicas Rocas sedimentarias (fosforitas) Absorción por parte de los productores Descomposición Precipitación Meteorización
  • 53.  El S se encuentra mayoritariamente en la hidrosfera en forma de sulfatos.  Las plantas y microorganismos pueden incorporar directamente como sulfato.  El sulfuro de hidrogeno puede generar lluvias ácidas.
  • 54. Atmósfera Hidrosfera Corteza Biosfera Sulfuro de hidrógeno (H2S) Óxidos gaseosos (SOx) Oxidación Actividad humana Biomoléculas Sulfuro de hidrógeno (H2S) Aniones oxácidos (SO22-, SO32-, SO42-) Volcanes Yeso (CaSO4 · 2 H2O) Combustión de combustibles fósiles, principalmente carbón rico en azufre Actividad volcánica Disolución con el agua de lluvia Escape a la atmósfera Descomposición y productos de excreción. Desechos de minería de carbón Fotosíntesis del azufre Meteorización química (disolución) Precipitación

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