Ecosistema

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Ecosistema

  1. 1. ECOSISTEMAS FLUJO Y PROCESAMIENTO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
  2. 2. Contenidos <ul><li>a) Flujo de energía en el ecosistema </li></ul><ul><li>Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos </li></ul><ul><li>Ecosistemas basados en energía solar y en energía química </li></ul><ul><li>Fotosíntesis </li></ul><ul><li>Productividad </li></ul><ul><li>b) Circulación de nutrientes en la biósfera </li></ul><ul><li>Composición elemental </li></ul><ul><li>Carbono y fotosíntesis </li></ul><ul><li>Nitrógeno en el ecosistema </li></ul><ul><li>c) Impacto de la actividad humana en la naturaleza </li></ul><ul><li>Crecimiento poblacional y desechos </li></ul><ul><li>Productividad y producción </li></ul><ul><li>Efecto invernadero </li></ul><ul><li>Bosque chileno intervenido </li></ul><ul><li>Ley ambiental de Chile </li></ul>
  3. 3. Flujo de energía en el ecosistema
  4. 4. Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos <ul><li>Sistema: conjunto de partes en integración para alcanzar un conjunto de objetivos </li></ul><ul><li>Abierto: aquel que interactúa con el medio </li></ul>
  5. 5. Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos <ul><li>T ermodinámica : campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia y energía </li></ul><ul><li>Principio 1: la energía se conserva </li></ul><ul><li>Principio 2: la entropía aumenta </li></ul>
  6. 6. Vida v/s entropía ENTROPÍA
  7. 7. Vida v/s entropía ENTROPÍA
  8. 8. Efecto de la energía solar
  9. 9. Rayos solares y origen de los climas
  10. 10. Corrientes oceánicas
  11. 11. Origen de los climas
  12. 12. Ecosistemas y energía solar
  13. 13. Ecosistemas sin energía solar
  14. 14. Fotosíntesis: estructura foliar
  15. 15. Fotosíntesis: cloroplastos
  16. 16. Fotosíntesis: luz y pigmentos
  17. 17. Fotosíntesis: Fotosistema Clorofila
  18. 18. Fotosíntesis: Fase dependiente de luz
  19. 19. Fotosíntesis: Fase independiente de luz
  20. 20. Fotosíntesis: resumen
  21. 21. Ciclo de Calvin unificador
  22. 22. Origen de los flujos de energía en el ecosistema
  23. 23. Productividad: bruta y neta <ul><li>Productividad Neta (PN): Energía almacenada por los autótrofos en período determinado </li></ul><ul><li>Productividad Bruta (PB): PN + Energía utilizada en respiración </li></ul><ul><li>Se pueden expresar en unidades de energía (kcal) o como biomasa (peso seco de material orgánico) </li></ul>
  24. 24. Ejemplos de valores de PPB 15 6 Consumidores 3 os 316 67 Consumidores 2 os 1890 1478 Consumidores 1 os 11977 10533 Productores Respiración PPN Nivel trófico PPB
  25. 25. Regla del 10% <ul><li>La energía que pasa de un eslabón al otro es aproximadamente el 10% de la energía acumulada </li></ul><ul><li>El 90% restante se pierde como calor en los procesos de mantenimiento </li></ul><ul><li>El nivel más productivo es aquel que traspasa más energía al siguiente eslabón (¿qué porcentaje del PPN efectivamente pasa al nivel trófico siguiente?) </li></ul>
  26. 26. PPN de algunos ecosistemas 3 Desierto extremo (roca, arena, hielo) 90 Desierto y matorral semidesértico 140 Tundra ártica y alpina 400 Lago y arroyo 600 Pastizal templado 650 Terreno agrícola 700 Bosque bajo y matorral 800 Bosque boreal 900 Sabana 1200 Bosque caducifolio templado 1300 Bosque de hoja perenne templado 2200 Selva lluviosa 3000 Pantano y marjal PPN (g de materia seca/m 2 x año) Ecosistema
  27. 27. Productividad medida mediante satélites
  28. 28. Flujos de energía en el ecosistema
  29. 29. Pirámides tróficas como modelos Pirámides de biomasa Pirámides de números
  30. 30. Biomasa v/s productividad 0.03 48 Carnívoros II 1 400 Carnívoros I 40 6000 Herbívoros 1200 60000 Plantas Productividad (mg C/m 2 x día) Biomasa (mg C/m 2 ) Nivel trófico
  31. 31. Estructura trófica: estudio de caso de ecosistema costero
  32. 32. Estructura trófica: estudio de caso Estudio energético en un ecosistema costero de Chile
  33. 33. Estructura trófica: estudio de caso <ul><li>Actividad grupal: </li></ul><ul><ul><li>Identificación de cadena alimenticia más corta y más larga </li></ul></ul><ul><ul><li>Identificación de compartimiento clave </li></ul></ul><ul><ul><li>Efecto de remoción de: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Peces carnívoros </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Filtradores </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Planctívoros </li></ul></ul></ul>
  34. 34. Trabajo práctico 1: cálculo de PPB y PPN
  35. 35. Trabajo práctico 1: Cálculos <ul><li>PPB = PPN + R </li></ul><ul><li>PPN = (peso luz – peso inicial) </li></ul><ul><li>PPB = (peso luz – peso inicial)+(peso oscuridad – peso inicial) </li></ul>
  36. 36. Regulación térmica y gasto energético -- Poiquilotermo: Temperatura variable Homeotermo: Temperatura en equilibrio Ectotermo: Requieren calor externo Endotermo: Origen del calor es interno
  37. 37. Regulación térmica y gasto energético
  38. 38. Regulación térmica y gasto energético
  39. 39. Contenidos <ul><li>a) Flujo de energía en el ecosistema </li></ul><ul><li>Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos </li></ul><ul><li>Ecosistemas basados en energía solar y en energía química </li></ul><ul><li>Fotosíntesis </li></ul><ul><li>Productividad </li></ul><ul><li>b) Circulación de nutrientes en la biósfera </li></ul><ul><li>Composición elemental </li></ul><ul><li>Carbono y fotosíntesis </li></ul><ul><li>Nitrógeno en el ecosistema </li></ul><ul><li>c) Impacto de la actividad humana en la naturaleza </li></ul><ul><li>Crecimiento poblacional y desechos </li></ul><ul><li>Productividad y producción </li></ul><ul><li>Efecto invernadero </li></ul><ul><li>Bosque chileno intervenido </li></ul><ul><li>Ley ambiental de Chile </li></ul>
  40. 40. Circulación de nutrientes en la biósfera
  41. 41. Composición del medio v/s seres vivos 19.4 12.1 0 0.1 Carbono 0 0 0.9 0 0 Argón 3 0.9 0.1 1 0.7 Otros 9.3 9.9 0 66 3 Hidrógeno 5.1 3.0 78 0.0001 Nitrógeno 0.1 0.1 0 2.1 Potasio 0.04 0.04 0 2.3 Magnesio 0.01 0.01 0 2.4 Sodio 0.1 0.1 0 4.2 Calcio 0.005 0.005 0 5.6 Hierro 0.001 0.001 0 8.2 Aluminio 0.1 0.1 0 28.2 Sílice 62.8 73.7 21 33 47.4 Oxígeno Humano Bacteria Atmósfera Hidrósfera Litósfera Elemento
  42. 42. Fotosíntesis y oxígeno Cambios en la concentración de CO 2 y O 2 en la atmósfera en distintos períodos de la evolución 0 21 900 - 0 8.3 15 1300 15 10 1500 22 5 1750 28875 0 4600 – 1900 [CO 2 ] (%) [O 2 ] (%) Millones de años
  43. 43. Fotosíntesis y oxígeno
  44. 44. CO 2 y actividad humana
  45. 45. Ciclo del Carbono
  46. 46. Ciclo del Nitrógeno
  47. 47. Uso de compartimientos en ciclo del nitrógeno
  48. 48. Yacimientos de nitrato
  49. 49. Salitre chileno
  50. 50. Contenidos <ul><li>a) Flujo de energía en el ecosistema </li></ul><ul><li>Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos </li></ul><ul><li>Ecosistemas basados en energía solar y en energía química </li></ul><ul><li>Fotosíntesis </li></ul><ul><li>Productividad </li></ul><ul><li>b) Circulación de nutrientes en la biósfera </li></ul><ul><li>Composición elemental </li></ul><ul><li>Carbono y fotosíntesis </li></ul><ul><li>Nitrógeno en el ecosistema </li></ul><ul><li>c) Impacto de la actividad humana en la naturaleza </li></ul><ul><li>Crecimiento poblacional y desechos </li></ul><ul><li>Productividad y producción </li></ul><ul><li>Efecto invernadero </li></ul><ul><li>Bosque chileno intervenido </li></ul><ul><li>Ley ambiental de Chile </li></ul>
  51. 51. Impacto de la actividad humana en la naturaleza
  52. 52. Crecimiento poblacional y uso de recursos
  53. 53. Población humana y productividad
  54. 54. Efecto invernadero
  55. 55. Efecto invernadero: causas
  56. 56. Efecto invernadero: causas
  57. 57. Orígenes de gases invernadero
  58. 58. Efecto invernadero: mecanismo
  59. 59. Efecto invernadero: consecuencias <ul><li>Aumento de la temperatura superficial </li></ul>
  60. 60. Efecto invernadero: consecuencias <ul><li>Aumento de la temperatura superficial </li></ul><ul><li>Derretimiento de los hielos polares </li></ul>
  61. 61. Efecto invernadero: consecuencias <ul><li>Aumento de la temperatura superficial </li></ul><ul><li>Derretimiento de los hielos polares </li></ul><ul><li>Aumento nivel de los océanos </li></ul>
  62. 62. Efecto invernadero: consecuencias <ul><li>Aumento de la temperatura superficial </li></ul><ul><li>Derretimiento de los hielos polares </li></ul><ul><li>Aumento nivel de los océanos </li></ul><ul><li>Alteraciones climáticas a gran escala </li></ul>
  63. 63. Efecto invernadero: consecuencias <ul><li>Aumento de la temperatura superficial </li></ul><ul><li>Derretimiento de los hielos polares </li></ul><ul><li>Aumento nivel de los océanos </li></ul><ul><li>Alteraciones climáticas a gran escala </li></ul><ul><li>Alteraciones en patrones de conducta de plantas y animales </li></ul>
  64. 64. Efecto invernadero: consecuencias <ul><li>Aumento de la temperatura superficial </li></ul><ul><li>Derretimiento de los hielos polares </li></ul><ul><li>Aumento nivel de los océanos </li></ul><ul><li>Alteraciones climáticas a gran escala </li></ul><ul><li>Alteraciones en patrones de conducta de plantas y animales </li></ul><ul><li>Destrucción de algas y corales </li></ul>
  65. 65. Efecto invernadero: esperanza
  66. 66. Bosque chileno: nuestra fuente de productividad

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