Tema 6. ecosistemaspoblaciones

II

IES Santa Clara.1ºBACHILLER

Dpto Biología y Geología.http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-

sociedades/

Sistemas Ambientales y Sociedades

AUTORREGULACIÓN DE LA POBLACIÓN

Tiempo

Límite de carga (k)Nº individuos

(N)Crecimiento exponencial

Crecimientologístico

Resistencia ambiental

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Curva exponencial, curva en J

Muestran un crecimiento

explosivo, de tipo exponencial

inicialmente para súbitamente

entrar en colapso.

Este colapso se llama “muerte

regresiva”.

Es típica de microorganismos,

invertebrados, peces y pequeños

mamíferos.

La TASA DE CRECIMIENTO de una población es el incremento en el número de individuos en unaunidad dada de tiempo por cada individuo presente

En ausencia de inmigración neta (movimiento de otros individuos de la especie hacia la población desde cualquier

otro sitio) o de emigración neta (la salida de individuos de la población), el incremento es igual a la tasa de natalidad menos la tasa de mortalidad. Así, la tasa de crecimiento puede ser igual a cero, positiva o negativa (como lo es

actualmente para la población humana en algunos países). Esta propiedad de una población es llamada su tasa de

crecimiento per cápita y se simboliza con la letra r.

( r= TN – TM)

El modelo más simple de crecimiento de una población cuyo número de individuos se

incrementa a una tasa constante es conocido como CRECIMIENTO EXPONENCIAL y se lo

describe con la siguiente ecuación diferencial:

dN / dt = r * N

En esta ecuación: r es la tasa de crecimiento per cápita (que en

ausencia de inmigración o emigración netaes igual a la tasa de natalidad menos la tasade mortalidad).

N es el número de individuos de la poblaciónen cualquier momento dado (t), y dN/dt esla tasa de crecimiento de la población (elcambio en el número de individuos a lo largodel tiempo).

Un aspecto clave del crecimiento exponencial es que, aunque la tasa de crecimiento per cápita

permanezca constante, la tasa de crecimiento se incrementa cuando el tamaño de la población se

incrementa.

Curva sigmoidea, logística, curva en S

Muestran un crecimiento en S, al

principio presenta crecimiento

exponencial. Sin embargo, a

partir de una población la tasa de

natalidad decrece hasta alcanzar

una población estable.

En la figura se observa el

crecimiento de levaduras

limitados por los nutrientes.

El crecimiento exponencial no puede continuar sin una caída en el tamaño de la población. El MODELO LOGÍSTICO, que toma en cuenta la capacidad de carga, describe

uno de los patrones de crecimiento de población más simples observados en la naturaleza. El crecimiento logístico es representado por la ecuación:

dN/dt = r * N * [(K - N) / K]

• K representa la capacidad de carga.Para muchas poblaciones, el número de individuos no está determinado por el potencial reproductivo, sino por el ambiente. Un ambiente dado

puede soportar sólo a un número limitado de individuos de una población determinada en cualquier conjunto específico de

circunstancias. El tamaño de la población oscila alrededor de este número, que se conoce como la capacidad de carga del ambiente. Es el

número promedio de individuos de la población que el ambiente puede sostener bajo un determinado conjunto de condiciones. Para las especies animales, la capacidad de carga puede estar determinada por

la disponibilidad de alimento o por el acceso a sitios de refugio. Para las plantas, el factor determinante puede ser el acceso a la luz solar o

la disponibilidad de agua. El gráfico de la ecuación se asemeja, en principio, a la curva de

crecimiento exponencial, elevándose lentamente cuando N es aúnpequeño y luego disparándose rápidamente a medida que N seincrementa. Sin embargo, a diferencia del crecimiento exponencial, elcrecimiento logístico se hace gradualmente más lento a medida quela población se aproxima a la capacidad de carga y, finalmente, lapoblación se estabiliza en o cerca de la capacidad de carga. El gráficoresultante es una curva en forma de S.


El estado estacionario es un equilibrio

dinámico que se manifiesta por fluctuaciones

en el nº de individuos en torno al límite de

carga

Cuando el potencial biótico ( r= TN – TM) es

máximo, el crecimiento es exponencial

Con el tiempo el crecimiento se ve limitado por la

resistencia ambiental que refuerza el bucle de

realimentación negativa de las defunciones, dando lugar

a curvas logísticas

Los factores que condicionan el tamaño de la población son el potencial biótico r = (TN-

TM),y la resistencia ambiental.

S y J son curvas teóricas, en la práctica, muchos factores limitantes actúan sobre la misma

población y el resultado del crecimiento de la misma es una curva combinada de la curva

en J y S.

CRECIMIENTO LOGÍSTICO y se representa con unaCURVA SIGMOIDE, o en forma de S. Como ocurre con el crecimiento exponencial, hay

una fase de establecimiento inicial en que elcrecimiento de la población es relativamentelento (1).

Fase de aceleración rápida (2). A medida que la población se aproxima a la

capacidad de carga del ambiente, la tasa decrecimiento se hace más lenta (3 y 4).

Finalmente se estabiliza (5), aunque puede haberfluctuaciones alrededor de la capacidad de carga.

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Se refiere a la máxima capacidad que poseen losindividuos de una población para reproducirse encondiciones óptimas. Este factor es inherente a laespecie y representa la capacidad máxima reproductivade las hembras contando con una óptima disponibilidadde recursos.

r=TN-TM

POTENCIAL BIÓTICO

RESISTENCIA AMBIENTAL

Se refiere al conjunto de factores que impiden a unapoblación alcanzar el potencial biótico. Estos factorespueden ser tanto bióticos como abióticos y regulan lacapacidad reproductiva de una población de maneralimitante. Estos factores pueden representar tantorecursos (como agua, refugio, alimento) como lainteracción con otras poblaciones ( nicho ecológico).

Número máximo de individuos que un mediodeterminado puede soportar.

CAPACIDAD DE CARGA (K)

FACTORES LIMITANTESFactores que disminuye el crecimiento de unapoblación a medida que alcanza su capacidad de carga.


La RESISTENCIA AMBIENTAL viene marcada por un conjunto de factores que impiden que una población alcance su máximo potencial biótico

Factores externos:Bióticos:depredadores, parásitos, enfermedades,competidores

Abióticos: escasez, clima, catástrofes, hábitats, …

Factores internos:El aumento de la densidad de población afecta negativamente a los hábitos de reproducción

Pueden ser

• Territorio sin explorar r TN

• Resistencia ambiental r TM


Potencial biótico r= TN-TM

Crecimiento Explosivo. Curva en J

Crecimiento Logístico . Curva en S

Conjunto factores que impiden que una población alcance su máximo

potencial biótico

Factores externos

Factores internos

Bióticos: depredadoresparásitos., disponibilidadde alimentos, enfermedades,Interacciones territoriales .Abióticos: cambio clima,escasez alimentos,catástrofes, gases, luz,contaminantes.

Aumento densidad depoblación => problemas reproducción

Especie amenazada es aquella cuyo nº de individuos se reduce drásticamente

hasta llegar a una cifra crítica que las pone en peligro de extinción


Un incremento drástico de la RESISTENCIA AMBIENTAL

Amenaza para la supervivencia de una especie

http://actualidad.terra.es/interactivos/extincion.swf


La variación de un determinado factor abiótico regula el desarrollo de unaespecie (su tasa de natalidad TN y su tasa de mortalidad TM). De estosfactores, siempre hay uno especialmente importante que son los factoreslimitantes. Cada especie tiene sus factores limitantes (climáticos, del suelo,de composición de las aguas….)

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/Dinamica/actividad7.htm

La población también tiene patrones de mortalidad característicos con un

riesgo variable de muerte en diferentes edades. Una propiedad

relacionada es la estructura etaria de la población, o sea, las proporciones de individuos de edades diferentes. La estructura de edades es un factor

importante para predecir el crecimiento futuro de una población.

Tipo I. Las curvas tipo I o convexas caracterizan

a las especies con baja tasa de mortalidad hasta

alcanzar una cierta edad en que aumenta

rápidamente. Tal es el caso de la mayor parte

de los grandes mamíferos, incluido el hombre,

con k estrategas.

Tipo II. Si la tasa de mortalidad varía poco con la edad, como ocurre en la mayoría de las aves, la curva

tiene la forma de una diagonal descendente, normalmente con forma sigmoidea si el número de

individuos que muere en cada tramo de edad es más o menos constante. Algunos invertebrados, tales

como la hidra, aves, plantas anuales, lagartos, y muchos roedores.

Tipo III. Las especies r-estrategas sufren una elevada mortalidad en las primeras etapas de vida,

larvaria o juvenil, teniendo luego una mayor probabilidad de supervivencia. La curva muestra un

pronunciado descenso inicial seguido de una fase más estable.

Ejemplos: Ostras, percebes.

ACTIVIDADESa. Explica por qué la población

humana puede no necesariamentepuede mostras una curva de tipo I.

b. Explica cómo organismos con unacurva tipo III de supervivenciacompensa su a lata mortalidaddurante sus tempranas etapas devida.

c. Describe las características de unaespecie con una curva desupervivencia Tipo I que le permitealcanzar una alta supervivencia enlas etapas juveniles.

d. Discute la siguiente sentencia: “ Nohay una curva de supervivenciaestándar para una especiedeterminada; la curva representa lanaturaleza de una población en unmomento y lugar determinado ybajo ciertas condicionesambientales.

Con los datos de la tabla, realiza una curva de supervivencia.

Describe la curva de supervivencia para los grandes mamíferos.

Indica cómo los biólogos pueden usar las tablas de supervivencia, para gestionar

poblaciones en peligro de extinción.

Crecimiento de una población de bacterias

Indica el momento cuando la mayoría de los individuos de la especie mueren:

Identifica qué tipo de curva de superviviencia está representada

0 1

20 2

40 4

60 8

80 16

100 32

Completa la siguiente tabla, teniendo encuenta que el número de bacterias seduplican en intervalos de 20 minutos .

Realiza una gráfica con los valoresobtenidos. Asegúrate que eliges las escalasadecuadas para cada eje. Identifica las fasesde crecimiento y márcalas sobre el gráfico.

Indica cuántas bacterias existen después de: 1 hora 3 horas 6 horas

Describe la forma de la curva que hastrazado.

Predice qué ocurrira con la forma decrecimiento de la curva de esta poblaciónsuponiendo que no hay nuvas aportacionesde nutrientes.

¿ Qué puede pasar cuando una población sobrepasa su capacidad de carga ?

Dos ejemplos de fluctuaciones, a veces extremas, en el tamaño y en la densidad

de una población.a) Densidad de la población de pupas de la polilla esfinge del pino (Dendrolimus

pini) registrada durante un período de 60 años en un bosque de coníferas de

Alemania. b) Variaciones durante un período de 30 años en el tamaño de la población reproductiva del carbonero

común (Parus major), un ave europea del mismo género que los carboneros y

herrerillos de América del Norte, observados en una localidad de Holanda.

Una población que se reproduce asexualmente puede incrementar

su número mucho más rápidamente que una población

que tiene reproducción sexual. La reproducción asexual tiene otras

ventajas adicionales. Por ejemplo, muchas plantas se reproducen por medio de estolones y, al hacerlo,

son capaces de crecer hasta cubrir un área muy grande. Todas las

plantas producidas representan un solo genotipo. Una nueva

planta que se desarrolla de esta manera tiene un aporte continuo

de recursos procedente de la planta madre y, de este modo,

una probabilidad mucho mayor de sobrevivir

PRINCIPIO DE LOS FACTORES LIMITANTES

Los ecólogos dividen frecuentemente a los factores que influyen en el crecimiento de unapoblación en FACTORES DEPENDIENTES E INDEPENDIENTES DE LA DENSIDAD. Losfactores que provocan cambios en la tasa de natalidad o en la tasa de mortalidad amedida que cambia la densidad de población, se llaman densodependientes.

Muchos factores operan sobre las poblaciones de manera dependiente de la densidad. Amedida que la población aumenta, puede agotar sus reservas de alimento, lo que lleva aun incremento de la competencia entre los miembros de la población. Esto finalmenteconduce a una tasa de mortalidad más alta o a una tasa de natalidad más baja. Lospredadores pueden ser atraídos hacia áreas en las cuales la densidad de las presas seaelevada, capturando así una mayor proporción de la población. Del mismo modo, lasenfermedades pueden difundirse más fácilmente cuando la densidad de la población esalta.

Las perturbaciones ambientales actúan frecuentemente como factores independientesde la densidad. Los factores independientes de la densidad vienen dados por factoresabióticos no vivos, como las condiciones climáticas o desastres naturales que afectarán atoda la población independientemente de su número.

En cuanto a los valoresdel potencial biótico,

hay dos estrategias de reproducción

r estrategas

Poseen un potencialbiótico muy elevado(alta TN)

Tienen muchas críasque reciben pocoscuidados

Poca supervivencia.

k estrategas

Poseen unpotencial bióticobajo (menor TN)

Tienen pocas críasque recibenmuchos cuidados.

Elevadasupervivencia.



r estrategas Especies que presentan elevadafertilidad, su tasa de natalidad es muyelevada (gran potencial biótico) aunquesu supervivencia sea baja.

Son propias de ambientes cambiantes oinestables, sometidas a elevados índicesde mortalidad, que compensan concrecimientos explosivos en períodosfavorables.

Son especies oportunistas, pioneras ocolonizadoras que basan su éxito enproducir un gran número de esporas,huevos, larvas o juveniles aunque sumortalidad sea muy elevada.

Para sobrevivir, deben continuamenteinvadir nuevas áreas para compensar serremplazados por competencia deespecies

Nº

ind

ivid

uo

sTiempo

Supervivencia

Fecundidad


k estrategas Especies que sitúan el número de

individuos por debajo de la capacidadde carga K.

Priman la supervivencia por encimade la fertilidad.

Son especies propias de ambientesestables, muy adaptadas a ellos, engeneral grandes y longevas.

Son especies muy territoriales, conmarcada organización social.

Nº ind

ividuo

s

Tiempo

Supervivencia

Fecundidad

Son muy EFICIENTES (Buenos resultados con poco gasto energético)

• Presentan mecanismos de regulación social: no todos los individuos se reproducen,son muy sensibles a cambios ambientales, etc.

Las ESTRATEGIAS REPRODUCTIVAS ALTERNATIVAS han recibido diversos nombres,Robert MacArthur y E.O. Wilson propusieron que las estrategias pueden ser clasificadascomo selección r o selección K. Sin embargo, esta propuesta ha sido considerada comouna simplificación excesiva.

Muchas especies tienen claramente características de selección r así como de selección K. Por ejemplo, algunas especies de estrellas de mar que aparecen en la zona intermareas tienen vidas largas (una característica de selección K) y producen numerosos huevos (una característica de selección r). Otras especies exhiben

estrategias de selección r en algunos momentos de su ciclo vital y estrategias de selección K en otros momentos.

El fenotipo de los organismos varía en cierta medida frente a cambios en el ambiente. Esta capacidad de respuesta, que es también susceptible a la selección natural, se

denomina PLASTICIDAD FENOTÍPICA.

las influencias que afectan el tamaño y la densidad de una población hay factores limitantes específicos, que difieren en poblaciones diferentes. De importancia crítica es la

gama de tolerancia que muestran los organismos hacia factores tales como la luz, la temperatura, el agua disponible, la salinidad, el espacio para la nidificación y la escasez (o

exceso) de los nutrientes necesarios. Si cualquier requerimiento esencial es escaso, o cualquier característica del ambiente es demasiado extrema, no es posible que la

población crezca, aunque todas las otras necesidades estén satisfechas

Explica el significado de las especies r y k estrategas.

Dando un ejemplo para explicar por qué las especies r estrategas tienden a ser

oportunistas.

Explica por qué a las especies k estrategas también se les llama especies competidoras.

Sugiere por qué muchas especies k estrategas son frecuentemente más vulnerables a la

extinción.

SUCESIÓN ECOLÓGICA

• Cambios producidos en los ecosistemas a lo largo del tiempo.

arena Bacterias, hongos,Musgos, líquenes

Suelo formadoHierbas anuales

Suelo formadoHierbas anuales

Hierbas perennes

ArbustosÁrboles

Proceso dinámico Interacciones entre factores bióticos y abióticos Se produce a lo largo del tiempo Da lugar a formación de ecosistemas complejos y estables

SUCESIÓN ECOLÓGICA

Sucesión ecológica

Tipos:

• Sucesiones primarias: parten de un terrenovirgen:– Rocas.

– Dunas.

– Islas volcánicas.

• Sucesiones secundarias: cuando seconserva parcialmente o totalmente el suelo.– Erupción volcánica.

– Incendio.

– Catástrofes provocadas por el hombre.

Etapas en una sucesión secundaria hasta alcanzar una comunidad climácica


• REGRESIÓN: proceso inverso a la

sucesión:

Causas naturales (erupción volcánica o un cambio

climático)

Causas provocadas por el hombre


• Cambios observados en los ecosistemas:– La biodiversidad : comunidad clímax (máximo número de

especies).

– La estabilidad : relaciones entre especies muy fuertes.

– Se pasa de especies “r estrategas” (oportunistas) a “k estrategas”(especialistas).

– Nº nichos : las especies “r” son expulsadas por las “k”=>aparece una especie para cada nicho.

– La productividad : en una comunidad clímax (máximo número deespecies) estado de máxima biomasa y mínima tasa derenovación.

– Desarrollo del suelo maduro (con todos los horizontes y cada vezmás fértil).

Selva tropical: – comunidad clímax

– Ecosistema cerrado : la materia se recicla con rapidez (por los descomponedores y se almacena en forma de biomasa)

Evolución deparámetros tróficos

La productividad disminuyeMáxima biomasa. Reglas generales

de las sucesiones

La diversidad aumentaComunidad clímax con un gran nº de

especies

La estabilidad aumentaRelaciones múltiples y fuertes

en la biocenosis.Se crean Suelos maduros

Cambio de unas especies por otrasDe especies pioneras oportunistas

colonizadoras (r estrategas)

A especies más exigentes y especialistas (k estrategas)

El nº de nichos aumentaEspecies r sustituidas por las k

Al final una especie por cada nicho y mayor nº de nichos

Evolución de parámetros tróficos


• Productividad Neta del Ecosistema (PNE).

PNE = PPB - (Ra + Rh).

• Si la PNE >0 (sobran intereses)=> ecosistema etapa juvenil => sobra producción => se admiten nuevas especies.

Etapas juveniles => diversidad de especies => la diversidad de relaciones, hábitats, nichos, así como

la estabilidad del ecosistema.

la dinámica general es el aumento de la biodiversidad.Como la tasa fotosintética es mayor que la de respiración, la cantidad de dióxido de carbono absorbido es mayor que la emitida; estos ecosistemas funcionan como sumideros de

dióxido de carbono.


Si la PNE = 0 (no sobran intereses)=> ecosistema en fase demadurez o clímax.

No sobra producción => se detiene el crecimiento de biomasa delas poblaciones (alcanzan su capacidad de carga) y el incrementode diversidad. Alcanza su capacidad de carga global y la máximabiodiversidad y estabilidad.

A pesar de alcanzar su máxima capacidad => la dinámica delecosistema no se detiene => las poblaciones puedenexperimentar fluctuaciones => nuevas especies pueden entrar enel ecosistema => ocurre la extinción de alguna anterior.

El equilibrio dinámico => la totalidad de la producción esconsumida, no hay ahorro, y los intereses se gastan en sutotalidad. De esta forma el ecosistema se autorregula.

La fotosíntesis se iguala a la respiración y el dióxido de carbono fijado viene a ser igual al expulsado, por lo que estos ecosistemas no actúan

como sumideros de la contaminación por este gas.


Si la PNE < 0 (no solamente se consumen los intereses, sino también el capital) => ecosistema en regresión.

El ecosistema se perturba fuertemente( intervención humana)=> consumo => PPB => biomasa => desaparecen especies(pérdida de biodiversidad) => relaciones, hábitats y nichos =>ecosistema disminuye su capacidad de carga global y se vuelvecada vez más frágil => erial.

Un ejemplo de degradación lo constituye el excesivo pastoreocomo está ocurriendo actualmente en los países africanos delSahel, donde el bosque y la sabana están transformándose enecosistemas áridos o desérticos. Así mismo, algunos parquesnacionales africanos, desregulados por la acción humana, hansido arrasados por poblaciones de elefantes que hansobrepasado la capacidad de carga de dichos parques.

En esta etapa de degradación la respiración supera a la fotosíntesis y se emite más dióxido del que se absorbe.

Proceso ordenado de cambio en una comunidad a lo largo del tiempo . frecuentemente causan cambios en el medio físico , lo cual permite que otras

comunidades se establezcan y sustituya a la anterior mediante mecanismos de competencia . A menudo las comunidades posteriores son mas complejas que las

precedentes

ALGUNAS REGRESIONES PROVOCADAS POR LA HUMANIDAD

Explotación de losecosistemas por el serhumano.

Sobrestima su capacidad de

autorregulación

ProblemasProblemas

Deforestación Incendios forestales

Introducción de

nuevas especies


Deforestación

Tras abandonar un cultivo, larecuperación es más fácil si habíavegetación autóctona en loslindes (como en la agriculturatradicional).

Es más fácil la recuperación (trasuna tala masiva) de un bosquetemplado que de una selvatropical, pues en el caso de laselva casi no hay materiaorgánica en el suelo pues ladescomposición es muy rápida.Tras la tala se forman lateritas(costras rojas).

En el caso de un bosquetemplado hay más materiaorgánica en el suelo, pues sedescompone más lentamente, conlo que el suelo sigue fértil y esmás fácil recuperar el bosque.


Incendios forestales

Son beneficiosos si son naturales,pues rejuvenecen el bosque,controlan el crecimiento de lavegetación e impiden otrosincendios mayores.

Muchos incendios repetidosdestruyen el humus (capasuperior del suelo, rica enmateria orgánica), con lo que sepuede perder el suelo porerosión.

Hay especies pirófilas, que seven favorecidas por los incendios,pues son las primeras encolonizar las cenizas (pinos,jaras).

La longitud de la sucesiónsecundaria depende de: la magnitud del incendio el estado del suelo la existencia de semillas

resistentes en el suelo.


Introducción de

nuevas especies

Desplazan a las autóctonas y alteran el ecosistema.

Caulerpa taxifolia. Algainvasora en elMediterráneo procedentede un acuario de Mónaco.

Desplaza a todas lasplantas y algasautóctonas, y no sirve decobijo ni alimento aninguna otra especie,pues es tóxica.


Introducción de nuevas especies

Las autoridades australianas ya no saben qué hacer con ellos para evitar la competencia que le hacen a los marsupiales como los bandicuts y ualabíes, algunas de cuyas especies ya están cercanas a la

extinción.

Los conejos son una plaga especialmente dañina en Australia,donde son cientos de miles, y siguen aumentando al no tenerdepredadores naturales. Todos descienden de unas pocas parejasliberadas a finales del siglo XIX en el sureste de la isla.


La introducción del zorro rojo se convirtió en un nuevo problemaporque este animal se ha inclinado por cazar los marsupiales,más lentos, en lugar de los conejos.

El desarrollo artificial de la mixomatosis se ha convertido en unacatástrofe para las poblaciones de conejos de otros lugares dondeno son una plaga, especialmente en Europa, lo que ha afectado ala cadena trófica.

En Australia se ha llegado a sugerir la importación del diablo deTasmania, hoy extinto fuera de su isla, para combatirlos. Demomento continúan las batidas.

Introducción de nuevas especies


El cercado tiene 1,80m de altura y seintroduce otros 30 cm en el terreno.Fue construida en 1880 con elobjetivo de controlar las poblacionesde conejos pero, resultó inútil.

En 1914, fue adaptada para ser "aprueba de dingos" (una especie deperros salvajes). Su objetivo esproteger los rebaños de ovejas del

sur de Queensland.

The Dog Fence.


Ganado doméstico enAustralia. No habíadescomponedores para susheces, que estropeaban losprados. Introdujeronescarabajos coprófagos.

Eucaliptos introducidos enotras partes del planeta. No haybacterias que degraden sushojas, que se acumulan sindescomponerse e impiden elcrecimiento de otras plantas.


Cangrejo americano (Procambarus clarkii)

El cangrejo americano ha puesto en grave riesgo al cangrejo autóctono, pero ademásafecta a otras especies, como anfibios y peces, así como daños en los cultivos. Seintrodujo en Europa en los años treinta del siglo XX para consumo humano. A España,llegó en 1974 con el mismo fin. Escapó y su expansión ha sido imparable.


Mejillón cebra (Dreissena polymorpha)

Recibe este nombre por sus rayas oscuras y blancas. Es natural de los mares Negro yCaspio. Se detectó por primera vez en 2001, en Cataluña, en el bajo Ebro, pero ya seha extendido de forma rápida a otras comunidades. Provoca la disminución de ladiversidad biológica en los ecosistemas que invade y daña todo tipo deconstrucciones hidráulicas. En Estados Unidos, ha causado, en diez años, pérdidaspor valor de 1.600 millones de euros.

LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOSCamino que sigue la materia que escapa de la

biosfera hacia otros subsistemas terrestres (A, H, L) antes de retornar a la B.

El tiempo de permanencia de los elementos en los distintos subsistemas es muy variable.

Se llama reserva o almacén al lugar donde la permanencia es máxima.

Los ciclos tienden a ser cerrados.

Las actividades humanas ocasionan apertura y aceleración de los ciclos contraviniendo el principio de sostenibilidad de reciclar al

máximo la materia.

Esto origina que se escapen nutrientes y se produzcan desechos

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Los ciclos biogeoquímicos son las rutas que siguen los elementos químicos en la Biosfera cuando pasan de formar materia inorgánica ( agua dióxido de carbono y sales minerales ) a constituir la materia orgánica de las plantas , después vuelven

de los animales y posteriormente vuelven a formar materia inorgánica

Composición porcentual de los principales

elementos químicos en los

seres vivos

Los seres vivos utilizan un puñado de elementos químicos para formar su cuerpo y vivir pero ¿ cómo los consiguen ?

EL CICLO DEL CARBONO I

El principal depósito es la atmósfera

El ciclo biológico del C es la propia Biosfera quien controla los intercambios de esteelemento con la atmósfera …

Se fija por la fotosíntesis y el intercambio por difusión directa con la hidrosfera

Se devuelve a la atmósfera por la respiración de seres vivos

El ciclo biológico moviliza cada año el 5 % del CO2 atmosférico en 20 años serenueva totalmente.

Sumideros fósiles:

Almacén de Carbono

La materia orgánica sepultada y en ausencia de oxígeno fermentacionesbacterianas que la transforman en carbones y petróleos

Esto supone una rebaja importante de los niveles de dióxido de C en la atmósfera

El retorno del CO2 almacenado durante millones de años por erupciones volcánicas, ala atmósfera.

El ciclo del Carbono (el reciclaje del carbono en la Biosfera )

A) CICLO BIOLÓGICO:

B) CICLO BIOGEOQUÍMICO: CONTROLA LA TRANSFERENCIA ENTRE LA BIOSFERA Y DEMÁS SUBSISTEMAS.

CICLO DEL CARBONO II

FOTOSÍNTESIS RETIENE CO2

RESPIRACIÓN YDESCOMPOSICIÓN LIBERACIÓN CO2

CICLO BIOGEOQUÍMICO:

a. CO2 DE LA ATMÓSFERA A LA LITOSFERA

b. CO2 DE LA LITOSFERA A LA ATMÓSFERA.

c. SUMIDEROS – FÓSILES

– FORMACIÓN ROCAS CALIZAS.

CICLO DEL CARBONO III

atmósfera => hidrosfera =>litosfera

a. CO2 DE LA ATMÓSFERA A LA LITOSFERA

atmósfera => hidrosfera =>litosfera

• Rocas carbonatadas:

H2O + CO2 => H2CO3 (ácido carbónico)

H2CO3 + CaCO3 (carbonato de calcio) => Ca(HCO3)2

(hidrogenocarbonato de calcio).

Ca(HCO3)2 => CaCO3 + H2O + CO2

CICLO DEL CARBONO IV

ESQUELETO CÁLCICOS DE LOS ANIMALES MARINOS

ACABARÁ EN LOS SEDIMENTOS TRAS SU MUERTE: CALIZAS: SUMIDERO

ATMÓSFERA

No presenta perdida neta de CO2 atmosférico

CICLO DEL CARBONO V

• Rocas silicatadas:

2H2O + 2CO2 =>2 H2CO3 (ácido carbónico)

2H2CO3 + CaSiO3 (silicato de calcio) => Ca(HCO3)2

(hidrogenocarbonato de calcio) + SiO2.

Ca(HCO3)2 => CaCO3 + H2O + CO2

ESQUELETO CÁLCICOS DE LOS ANIMALES MARINOS

ACABARA EN LOS SEDIMENTOS TRAS SU MUERTE SEDIMENTOS TRAS

SU MUERTE: CALIZAS: SUMIDERO

ATMÓSFERA

Se han requerido2 moléculas

de CO2 atmosféricoy se ha devuelto

sólo 1.Actúa comoSUMIDERO

b. CO2 DE LA LITOSFERA A LA ATMÓSFERA.

Enterramiento rocas => libera CO2(erupciones

volcánicas).

c. Sumideros.

CICLO DEL CARBONO VI

CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2

Materia orgánica => carbón y petróleo

Esqueleto de CaCO3 CALIZAS

Ingentes cantidades de C fueron retiradas de la atmósfera mediante

este último proceso, lo que explica que descendiese el CO2 atmosférico

EL CICLO DEL CARBONO VI

ROCAS CARBONATADAS

CO2 + H2O + CaCO3 Ca2+ + 2HCO3- 1

ROCAS SILICATADAS

2CO2 + H2O CaSiO3+ 2HCO3-Ca2+ + + SiO2

2

En el mar, los animales marinos transforman el bicarbonato y los iones de Calcioen carbonato que incorporan en sus tejidos endurecidos

2HCO3- + Ca2+ CaCO3 + CO2 + H2O 3

Balances1 + 3 El carbonato formará parte de los sedimentos

No hay pérdidas netas del dióxido atmosférico

2 + 3 Sólo devuelven a la atmósfera 1 CO2 sumideros

• INTERVENCIÓN HUMANA:

– BIODIVERSIDAD.

– DESAJUSTA EL EFECTO INVERNADERO:

LIBERA CO2 COMO RESULTADO DE LA

COMBUSTIÓN DEL CARBÓN, PETRÓLEO

Y GAS NATURAL.

CICLO DEL CARBONO VII

EL CICLO DEL CARBONO VIII

CO2 atmosférico

FotosíntesisProductores

Difusión directa: paso a la hidrosfera

Consumidores

Restos orgánicos

DescomponedoresCombustibles fósiles Enterramiento

geológico

Extracción

Combustión CO2 disuelto

Ecosistemas acuáticos

Rocas calizas carbonatadas

y silicatos cálcicos

Ciclo de la rocas

Erupciones volcánicas

CICLO DEL CARBONO VIII

CO2 ATMÓSFERA

BIOSFERA

FOTOSÍNTESIS

RESPIRACIÓN

RESTOS DE MATERIA ÓRGANICA

DESCOMPOSICIÓN

SUMIDEROCOMBUSTIBLES FÓSILES

ANAERÓBICAS

LITOSFERA

CaCO3 + SiO2 => CaSiO3 + CO2

ERUPCIONES VOLCÁNICAS

X el proceso de

Se acumula en la

desprendenHIDROSFERA

Enterramiento rocas

combustión

ESQUELETO CÁLCICOORGANISMO MARINOS

SUMIDERO: CALIZA

CICLO DEL CARBONO IX

INDICADOR CO2 CO CH4 N2O CFC

Tiempo de vida en

la atmósfera20

(años)

1-2

meses10(años)

150

(años)

130

(años)

Fuente: Grupo intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC): Tercer Informe de Evaluación 2001.

• El nitrógeno se encuentra:

– Atmósfera:• N2 (78%);

• NH3 : erupciones volcánicas. Putrefacción de la materia

orgánica.

• Óxidos de Nitrógeno: NO, N2O, NO2 : tormentas eléctricas (a

partir de N2); erupciones volcánicas.

– Litosfera: Nitratos, Nitritos.

– Hidrosfera: ácido nítrico.

– Biosfera: materia orgánica.

CICLO DEL NITRÓGENO I

CICLO DEL NITRÓGENO II

a) Atmósfera:

b) Atmósfera-Biosfera:

N2 (inerte) descargas eléctricas (tormentas) NOX (ÓXIDOS DE NITRÓGENO)

y/o O2

NOX (ÓXIDOS DE NITRÓGENO) + H2O (VAPOR DE AGUA) ÁCIDO NÍTRICO

N2 ATMOSFÉRICO NITRATOS NO-3

FIJACIÓN BIOLÓGICA

PLANTAS

•BACTERIAS VIDA LIBRE: AZOTOBACTER (SUELO). CIANOBACTERIAS (Nostoc) (FITOPLANCTÓN)•BACTERIAS SIMBIÓTICAS CON LAS RAÍCES LEGUMINOSAS: RHIZOBIUM.

•HONGOS: FRANKIA, FORMA NÓDULOS RADICULARES CON EL ALISO, ÁRBOL DEL PARAISO,

b) Atmósfera-Litosfera- Biosfera:

c) Biosfera – Litosfera-Biosfera:

NH3 NO-2 (NITRITOS) NO-

3 (NITRATOS)

NITROSOMAS NITROBACTER

PLANTAS

b) NITRIFICACIÓN: OXIDACIÓN. DESCOMPONEDORES

ÁCIDO NÍTRICO NO-3 (NITRATOS) PLANTAS

a) FORMACIÓN DE NITRATOS A PARTIR DE ÁCIDO NÍTRICO

CICLO DEL NITRÓGENO III

nitrosación nitración

N2 (ATMÓSFERA)PSEUDOMONAS

Condiciones anaeróbicas

c) DESNITRIFICACIÓN:perdida

N2 (78%)

ATMOSFERA

NITROSOMAS

NITRATOSNO3

-RESTOS ORGÁNICOS

DESCOMPONEDORES

BACTERIAS DESNITRIFICANTES

CICLO DEL NITRÓGENO IV

NH3, NO, nitritos

DESCOMPONEDORES

NOx (NO,NO2, N2O)Fijación atmosférica (tormentas eléctricas)

NOX + H2O Ácido nítrico

volcanes

Fijación biológica(Bacterias =azotobacter, cianobacterias, rhizobium; Hongos = Frankia)

NH3NO2

- NITROBACTER

ABONO

EL CICLO DEL NITRÓGENO IV

N2 atmosférico Fijación

Industrial

NITRATOS

atmosféricaBiológica

ProductoresConsumidores

Descomponedores

Disolución y

transporte

Medio acuático

Procesos de putrefacción de

la materia orgánica muerta

NH3

Bacterias desnitrificantes

Erupciones volcánicas

• INTERVENCIÓN HUMANA:– COMBUSTIÓN ALTAS TEMPERATURAS: CÁMARAS COMBUSTIÓN

MOTORES: AIRE CON O2 + N2 => NO2 (VA A LA ATMÓSFERA) +

VAPOR AGUA => ÁCIDO NÍTRICO (LLUVIA ÁCIDA) => SUELO =>

NITRATOS SUELO.

– FIJACIÓN INDUSTRIAL: N2 ATMOSFÉRICA => NH3 + NITRATOS .

– ABONADO EXCESIVO: LIBERACIÓN EXCESIVA DE N2O =>

EFECTO INVERNADERO.

EXCESIVA FERTILIZACIÓN SUELO: FERTILIDAD (ESCASEAN

OTROS NUTRIENTES ESENCIALES)

LOS NITRATOS VAN A LAS AGUAS => EUTROFIZACIÓN.

NITRATOS => TUBO DIGESTIVO NITRITOS =>GASTROENTERITIS,

DIARREAS, COLOR AZULADO EN LOS BEBES.

CICLO DEL NITRÓGENO V

EL CICLO DEL NITRÓGENO

Procesos de combustión

a altastemperaturas

motoresReacción de N2 y O2

NO2

+ vapor

de aguaÁcido nítricoLluvia ácidaNitratos

Suelo

Fijación industrialy

abonado excesivo

Liberación de N2O a la

atmósfera

Potente gasde efecto

invernadero

Fertilización excesiva

Aumenta el crecimiento vegetalEscasez de otros nutrientes:

calcio, magnesio, etc

Eutrofización del medioacuático

N2

FIJACIÓN

BIOLÓGICA ATMOSFÉRICA INDUSTRIAL

ABONO

SIMBIOSIS MICROORGANISMOS

NITRATOS

RESTOS ORGÁNICOS

DESCOMPONEDORES

DISOLUCIÓN Y TRANSPORTE

BACTERIAS DESNITRIFICANTES

CICLO DEL NITRÓGENO

El ciclo del Nitrógeno ( el reciclaje del nitrógeno en la Biosfera )

ABONADO EXCESIVO

LOS NITRATOS

• Paco y Sara son un matrimonio que viven en un pueblo de la costa mediterránea cuyas aguas presentan

un índice de nitratos elevado. Tienen una niña que no se encuentra bien y además presenta un aspecto

ligeramente amoratado.

• El médico, tras reconocer al bebe, le hace unos análisis de sangre y comprueba lo que esperaba.

• Sara: ¿Es grave doctor?

• Doctor: No, después de inyectarle un mg de azul de metileno, desaparecerá el problema.

• Paco: Pero... ¿Qué es lo que le ocurre a la niña?.

• Doctor : ¿Le han dado a la niña agua del grifo?.

• Sara: Le preparo el biberón con agua del grifo, pero antes la hiervo unos minutos.

• Doctor: la niña presenta deficiencia de oxígeno en los músculos, por eso tiene ese aspecto levemente

amoratado. Esto posiblemente sea por ingerir agua del grifo que posee un elevado contenido en nitratos,

lo que provoca una disfunción en la hemoglobina, que es la encargada de llevar el oxígeno a las células; y

los nitratos no desaparecen hirviendo el agua.

• Paco: ¿Cómo es que el agua de esta zona tiene tantos nitratos?.

• Doctor: Porque los agricultores abonan sus cultivos con estos compuestos, que son esenciales para las

plantas. Lo que ocurre es que las plantas no absorben todos los nitratos de golpe, siendo arrastrado el

sobrante por el agua de riego o de lluvia hacia el subsuelo, donde se acumula en las aguas subterráneas.

• Paco: Y claro ésta, el agua que se abastece esta ciudad, se extrae mediante pozos del subsuelo, por eso

presenta nitratos.

• Doctor: Usted lo ha dicho. Así que a partir de ahora, no tomen agua del grifo, ni para beber, ni para

cocinar.

• Sara: ¿Y por qué a nosotros no nos ha pasado nada?.

• Doctor: Porque esta enfermedad son susceptibles de padecerla los lactantes, siendo más rara en los

adultos.

1. Metahemoglobulinemia: los

nitritos pasan a la sangre,

impidiendo a los glóbulos rojos

captar el oxígeno.

LIBERAN EN EL AGUA NITRATOS Y FOSFATOS QUELLEGAN A LOS SERES VIVOS PRODUCIENDO

2. Déficit de vitamina A3. Perturbaciones del

tiroides.4. Problemas reproductivos

e incluso abortos.5. Los nitritos en el interior

del cuerpo humano seconvierten en nitrosaminaque es un agentecancerígeno.

Disminución de la

biodiversidad

6. Eutrofización: las algas crecen enexceso => no dejan pasar la luz =>no hay fotosíntesis => no hay O2

=> muerte de los seres vivos delfondo de los lagos.

DINÁMICA DE LA HIDROSFERA

El ciclo del agua

Ciclo del agua

Sistema cerrado en el que el agua sigue

trayectorias y varia su localización y estado físico

Evaporación

Paso del agua de la hidrosfera a la atmósfera

Condensación

Formación de las nubes

Precipitación

Vuelta a la tierra en forma líquida o sólida

Escorrentía superficial

Desplazamiento del agua hacia cotas bajas, libre o encauzada en ríos

Agua retenida en el sueloLa cantidad depende de las características del suelo, del clima y de los seres vivos

Y de la infiltración

Escorrentía subterránea

Agua que atraviesa las capas permeables del suelo y se incorpora a las aguas freáticas

Evapotranspiración

Incorporación a la atmósfera por evaporación y por la transpiración de los seres vivos

HIELO

ATMÓSFERA

Tiempo de renovación: 12 días

OCÉANOS (97%)

Tiempo de renovación: 4000 años

Precipitación

385.000 km3

Evaporación

425.000 km3Precipitación

111.000 km3

Evaporación

71. 000 km3

CONTINENTES (3%)

Tiempo renovación: 1 mes

LAGOS Y RÍOS

40.000 km3

El ciclo del agua

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Colecta, purifica y distribuye

el agua de la hidrosfera.Gracias al calor solar, parte

del agua puede eludir este

estado entrópico y

transformarse en una agua

más pura y de mayor

energía potencial.

Reciclado debido a:

Evaporación

Condensación

Transpiración

Precipitación

Escorrentía

El ciclo del agua

FUNCIÓN PERSPECTIVA SISTÉMICA

Utiliza la cuarta parte de la energía que

llega del sol.

Aguas océanos tienen mayor entropía que las continentales

=> pierden energía mecánica y porque constituyen un

medio más homogéneo (donde se dispersan todo tipo de

sustancias).

Se evapora más agua de la que

precipita =>

aproximadamente 40.000 km3

más

Tasa renovación muy BAJA

Tasa de Renovación

OCÉANOS ATMÓSFERA CONTINENTES

Tasa renovación ALTA

Precipita más agua de la que

se evapora =>

aproximadamente 40.000

km3 más

La pérdida de agua por los océanos es compensada con la que

llega de los continentes por escorrentía, diferencia que supone

unos 40.000 km3 anuales, que es el agua que va a circular por la

tierra

(ríos, lagos, humedales, acuíferos)

moviéndose según sus tiempos medios de

renovación (días hasta miles de años) =>

vuelve al océano.

Tasa renovación 12 DÍAS

Llega a los continentes

El hombre => mediante embalses,

canalizaciones, trasvases, etc., impide que el

agua que circula por los continentes llegue al

mar.

Bibliografía

ENVIRONMENTAL SYSTEMS AND SOCIETIES. RUTHERFORD, Jill. WILLIAMS, Gillian. Editorial Oxford.

BIOLOGÍA, Andrew Allott, David Mindorff, and Jose Azcue Quantity

CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora, MOLINA, Mª Teresa,

SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill Interamericana.

Ciencias de la Tierra y mediambientales 2º bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio, ANGUITA, Francisco. CABALLER,

María Jesús. Editorial Santillana.

CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL MEDIO AMBIENTE. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA, Máximo, ALONSO DEL

VAL, Francisco Javier, HERRERO MARTÍNEZ, Fernando, MILICUA ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ,

Marisa, PERAL LOZANO, Carlota, PÉREZ PINTO, Trinidad.

FLORA Y FAUNA. ORTEGA Francisco; PLANELLÓ Rosario. 2008. Editorial UNED.

ECOLOGY. GREENWOOD, Trancey. SHEPHERD, Lyn. ALLAN, Richard. BUTLER, Daniel. Editorial BIOZONE

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I.E.S. Cardenal Cisneros de Alcalá de Henares, Madrid. HERNÁNDEZ, ALBERTO.

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http://platea.pntic.mec.es/~cmarti3/CTMA/BIOSFERA/superviv.htm

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