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La biosfera I: Ciclos biogeoquímicos y
sucesión ecológica.
Índice.• Ciclos biogeoquímicos.• La sucesión ecológica.• Riesgos derivados de su dinámica.
Son los posibles caminos seguidos por la materia a través de los sistemas que conforman el medio ambiente (atmósfera, biosfera, hidrosfera y geosfera).
Los distintos elementos químicos pasan de estar constituyendo materia inorgánica a constituir materia orgánica de un ser vivo, y posteriormente vuelven al medio inorgánico, así sucesivamente.
Los ciclos están perfectamente organizados mediante circuitos de realimentación.
La acción humana contribuye a acelerar los ciclos biogeoquímicos, corriendo el riesgo de modificar los mecanismos de autorregulación, cuya sensibilidad es muy acusada.
Los ciclos biogeoquímicos.87
El tiempo de permanencia de los elementos en los distintos sistemas es muy variable, denominándose
◦ Almacén o reservorio: los nutrientes circulan de forma más lenta, es de carácter abiótico.
◦ Compartimento lábil o circulante: Fase biótica del ciclo biogeoquímico donde los nutrientes circulan de forma más rápida.
(Por ejemplo, el fósforo, se deposita en lugares inaccesibles para volver a ser captado por los seres vivos, y prácticamente no sigue un flujo cíclico).
Los ciclos biogeoquímicos.87
Los ciclos biogeoquímicos.El ciclo del oxígeno
biosferafotosíntesis
H2O
geosferahidrosfera
respiración
aerobia
ATMÓSFERA
O2CO2
respiración
aerobia
CO2
Óxidos metálicos Oxisales
O2 CO2
Iones
O3
Óxidos gaseosos
x
El ciclo del oxígeno en la biosfera es complejo, ya que se presenta en un gran número de formas y combinaciones químicas.
El ozono (O3) protege a los organismos de las radiaciones ionizantes.
El oxígeno libre (O2) en la atmósfera y la hidrosfera se relaciona con la fotosíntesis.
La respiración aerobia de los organismos es un proceso inverso a la fotosíntesis.
La acción humana, a través de la combustión de los combustibles fósiles, no parece afectar de manera significativa al ciclo del oxígeno, debido a la elevada proporción en la atmósfera de este elemento (21 % en volumen).
Los ciclos biogeoquímicos.El ciclo del oxígeno
x
CO2 atmósfera
CO2 hidrosfera
respiraciónincendios forestales
productores
fotosíntesis
fijación bioquímica
disolución por
carbonatacióncombustión(combustibles fósiles)
vulcanismo
descomponedores
restos orgánicos
consumidores
respiración
carbón, petróleo, rocas carbonatadas
Los ciclos biogeoquímicos.El ciclo del carbono
87
La vía principal de incorporación del CO2 a la materia viva de los ecosistemas. Se realiza mediante la fotosíntesis.
Una segunda vía de incorporación del CO2 es la fijación bioquímica en caparazones y esqueletos de los organismos.
Este CO2 regresa a la atmósfera a través de la respiración celular de la comunidad biológica.
El carbono almacenado en las rocas sedimentarias vuelve a la vía principal por combustión o por disolución.
El aumento de las emisiones de CO2 a la atmósfera, fruto de las actividades humanas, puede ocasionar efectos negativos sobre la dinámica de la biosfera.
Los ciclos biogeoquímicos.El ciclo del carbono
87
Los ciclos biogeoquímicos.El ciclo del nitrógeno
N2atmosférico
fijación atmosférica
leguminosas
RhizobiumNO3
−
(nitrato)
PseudomonasNitrobacter Nitrosomonas
NO2−
(nitrito)NH4
+
(amonio)
Descomponedores
(amonificación)
restos orgánicos
productores
consumidores
fijación industrial(fertilizantes)
desnitrificación(en anaerobiosis)
fijación biológica(bact. del
suelo)
88
El nitrógeno, a pesar de constituir el 78 % en volumen de la atmósfera, no puede ser asimilado como tal por la mayoría de los organismos.
El nitrógeno atmosférico (N2) debe ser fijado en forma inorgánica asimilable como anión nitrato (NO3-) antes de integrarse en la materia viva.
Los procesos de amonificación, nitrificación y desnitrificación, mediados por microorganismos (bacterias y hongos), son esenciales en el ciclo del nitrógeno.
La fijación industrial de nitrógeno (fertilizantes) es superior en un 10% a la fijada de forma natural por los ecosistemas terrestres, lo que puede provocar una rápida eutrofización de los medios acuáticos.
Los ciclos biogeoquímicos.El ciclo del nitrógeno
88
Los ciclos biogeoquímicos.90
El ciclo del fósforo
aves marinas
depósitos de
excrementos(guano)
arrastre por el agua
sedimentos profundos
abonos
productores consumidores
restos orgánicos
descomponedores
procesos orogénicos
procesos erosivos
rocasfosfatadas
Es el ejemplo más típico de nutriente sedimentario, ya que todas sus fases ocurren en la litosfera.
Tiene una gran importancia ecológica al actuar como limitante de la producción de los ecosistemas.
Las actividades humanas interfieren en él al incorporar grandes cantidades de este nutriente en las explotaciones agroganaderas en forma de abonos y fertilizantes.
Una buena parte del fósforo se desvía de la red trófica de los ecosistemas por sedimentación.
El arrastre por el agua del exceso de fósforo no incorporado por los ecosistemas agrícolas provoca la eutrofización de los medios acuáticos.
Los ciclos biogeoquímicos.90
El ciclo del fósforo
Los ciclos biogeoquímicos.El ciclo del azufre
SOx H2SO4
H2SO4
H2SO4
SOx
H2S DMS
fitoplancton
sulfuros metálicos, carbones
y petróleos, rocas con sulfuros
H2S
SO42− Sdescomponedore
s
restos orgánico
s
consumidores
productores
combustión(combustibles
fósiles)
vulcanismometeorización
minería
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La mayor parte del ciclo del azufre se desarrolla en la litosfera (rocas, suelo, sedimentos) y solo una pequeña proporción se difunde a la atmósfera en forma gaseosa, como H2S y SO2, principalmente. (SOx: óxidos de azufre, DMS: dimetilsulfuro).
En las zonas mineras, la oxidación de los sulfuros metálicos provoca la acidificación de las aguas de drenaje.
La acción humana es responsable de la emisión a la atmósfera de grandes cantidades de azufre en forma de SO2, como consecuencia de la combustión de los combustibles fósiles.
Los ciclos biogeoquímicos.91
El ciclo del azufre
Se denomina sucesión ecológica el proceso por el cual en un mismo área se pasa de una comunidad a otra hasta llegar a una comunidad estable denominada comunidad clímax.
Cada una de las distintas comunidades que se suceden se denomina etapa serial, y el conjunto de todas esas etapas recibe el nombre de serie.
La sucesión ecológica.101
Las sucesiones ocurren a lo largo de grandes periodos de tiempo y se llega a estados irreversibles, que suponen la maduración del ecosistema con el transcurso del tiempo.
La sucesión ecológica.101
Sucesión primaria: Cuando el nuevo terreno no ha sufrido anteriormente la influencia de una comunidad (se inicia en un área en la que antes no existían organismos.)
Sucesión secundaria: Se produce cuando la vegetación de una zona ha sido eliminada de forma total o parcial, pero queda un suelo bien desarrollado con semillas y esporas (ya habían existido organismos anteriormente.) Son causas de sucesión secundaria la pedida de los
árboles por enfermedades, incendios forestales, abandono de cultivo.
Pueden ser perturbaciones naturales (criticalidad) o antrópicas.
La sucesión ecológica.101
SUCESIÓN PRIMARIA
La sucesión ecológica.101
SUCESIÓN SECUNDARIA
La sucesión ecológica.101
CARACTERÍSTICAS: Aumento progresivo de la diversidad de especies, lo que
supone más disponibilidad de nichos ecológicos, de forma que cualquier cambio importante no va a afectar al ecosistema como un todo.
Aumento de la complejidad estructural, aumentando el número de niveles tróficos y la complejidad de las redes tróficas.
Incremento total de la biomasa: manifestándose sobre todo en organismos o partes de organismos con metabolismo bajo.
Tendencia hacia la estabilidad metabólica: es decir, a que la fotosíntesis iguale a la respiración. ◦ El estado de estabilidad metabólica sólo se logra al final de la
sucesión, en la que la producción primaria es igual al gasto respiratorio del resto de los componentes.
La sucesión ecológica.ETAPA CLÍMAX
101
Los estadios finales tienden a conseguir un equilibrio, AUTORREGULACIÓN Máximo cuando los individuos que mueren son sustituidos por otros de la misma
especie; Máxima biomasa en el que la variedad de especies y las relaciones entre unas y
otras serían máximas.
Esta comunidad estable es lo que denominamos comunidad clímax y está determinada por las características físicas del medio. En regiones donde las características físicas son desfavorables, como en la
tundra, los procesos de la sucesión tiene pocos estadios y la comunidad clímax es simple, alcanzándose rápidamente.
En otras condiciones físicas mejores, como en una sucesión de campos abandonados puede durar de 100 a 300 años, por ello, es posible que el proceso de sucesión no llegue nunca a su término, ya que durante este tiempo la probabilidad de que se produzcan incendios o huracanes son altas.
La sucesión ecológica.ETAPA CLÍMAX
101
Es muy estable HOMEOSTASIS :◦ Todos los nichos ecológicos del ecosistema se
encuentran cubiertos estableciéndose entre ellos una compleja red de interdependencias tróficas y ambientales.
◦ Los nutrientes se reciclan de modo regular y los individuos de cada especie tienden a mantenerse constantes.
◦ Está en equilibrio con el medio físico, se trata de un equilibrio dinámico.
La sucesión ecológica.ETAPA CLÍMAX
101
Variación en el metabolismo de la comunidad de organismos de un ecosistema a lo largo de la sucesión primaria del bosqueEn las primeras etapas de la sucesión, la producción primaria bruta (PPB) es superior a la cantidad de biomasa degradada en la respiración de la comunidad (R), de manera que la relación PPB/R >1. Sin embargo, en las etapas finales o clímax, PPB/R se aproxima a la unidad, lo que indica la madurez relativa de un ecosistema. (PN, producción neta del ecosistema; B, biomasa total).
Cambios en una sucesión ecológica
Cambios funcionalesAumento en la cantidad total de biomasa y variación en el metabolismo de la comunidad de organismos que componen el ecosistema.
Cambios estructuralesCambios en la composicióny el número de especies.
La sucesión ecológica.REGRESIONES
101
Se trata de un proceso inverso a la sucesión ecológica, en el que el ecosistema rejuvenece o involuciona a etapas seriales previas.
Pueden ser causadas por perturbaciones naturales, como un incendio por un rayo, o una erupción volcánica) o por perturbaciones o impactos humanos (un incendio provocado, la transformación en pastizal de un zona boscosa…).
Algunos impactos son: (descritos más a fondo en el libro)• Deforestación• Incendios forestales• Introducción de especies alóctonas.
Recordemos algo de riesgos… ¿Qué tipos de riesgos existen?
Riesgos derivados de su dinámica.
Natural
Tecnológico y social
Mixto e inducido
Mixto: la acción humana los magnifica.Inducido: Son provocados por la acción
humana.(usémoslos como sinónimos).
Pueden usarse como sinónimos, pero también hay
matices…
Riesgos derivados de su dinámica.CRITICALIDAD
Acumulación de energía que conduce a SITUACIÓN INESTABLE
Aumenta la COMPLEJIDAD y los
requerimientos energéticos.
PROCESO RIESGOProducción de gases en condiciones anóxicas.
Erupciones de gases GEI y tóxicos.
Acumulación de CO2 Erupciones por mezcla vertical de agua o seísmo. GEI.
Acumulación de sustancias combustibles.
Incendios naturales.
Acumulación de MO susceptible de formar combustibles fósiles.
Emanación masiva.
Regresión ecológica. Pérdida de biodiversidad
Proceso RiesgoVertido de tóxicos, metales pesados.
Bioacumulación.
Utilización de OGM para consumo humano.
Producción de enfermedades.
Mala uso de antibióticos. Producción de resistencia bacteriana.
Manipulación de virus y microorganismos.
Producción de cepas altamente resistentes.
Alta movilidad humana. Pandemias, emigración de vectores.
Introducción de especies alóctonas/exógenas.
Plagas, desaparición de especies autóctonas/endógenas, pérdida de biodiversidad.
Riesgos derivados de su dinámica.
