Ctma t3 biosfera

CIRCULACIÓN DE
MATERÍA Y ENERGÍA
EN LA BIOSFERA

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.

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 donde se desarrolla un
ecosistema.
Biomas:
 Los diferentes ecosistemas que hay en la Tierra.

Relaciones tróficas
Representan el mecanismo de transferencia
energética de unos organismo a otros en
forma de alimento.
Se representan mediante las CADENAS
TRÓFICAS.

Niveles tróficos
Productores: 1º nivel trófico. Organismos autótrofos.
Capaces de sintetizar materia orgánica.

Organismos autótrofos
Fotosintéticos (dependientes de la luz)
Bacterias, cianobacterias, algas
unicelulares y pluricelulares, plantas
superiores.
Quimiosintéticos (Indep. de la luz)
Bacterias que obtienen la energía para la
síntesis de m.o. a partir oxidación
moléculas inorgánicas (azufre, nitrógeno,
hierro)

Principales organismos
fotosintéticos
En los ecosistemas terrestres:
Las plantas superiores
En ecosistemas marinos:
Fitoplancton (algas, cianobacterias)

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.

Consumidores
Organismos heterótrofos:
 Utilizan la materia orgánica ya formada.
Herbívoros:
 Consumidores primarios que se alimentan de los
productores.
Carnívoros:
 Se alimentan de los herbívoros. Consumidores
secundarios.
Supercarnívoros
 Se alimentan de otros carnívoros.

Redes tróficas
En las cadenas tróficas, de cada nivel, suelen partir ramificaciones.
Otros: Omnívoros, carroñeros o necrófagos, saprófitos o detrítivoros.

pasto ---> saltamonte --> ratón ---> culebra ---> halcón

Descomponedores
Organismos se encargan de:
 Transformar la materia orgánica en sales
minerales que la constituían.
Cierran el ciclo de la materia.
En un ecosistema los imprescindibles son los:
Productores
Descomponedores

CICLO DE MATERIA Y FLUJO
DE ENERGÍA
Principios de sostenibilidad natural de los
ecosistemas:
RECICLADO DE MATERIA:
La materia orgánica es biodegradable, puede ser:
Degradada
Transformada en materia inórgánica por acción de
los descomponedores.
El ciclo de materia tiende a ser cerrado

FLUJO DE ENERGÍA:
La energía solar:
 Entra mediante fotosíntesis en la cadena trófica y
pasa de unos eslabones a otros mediante un flujo
abierto y unidireccional.
 Además el flujo va disminuyendo al degradarse parte
de la energía por:
 la respiración
 las pérdidas por calor.
El flujo de energía es abierto

Parámetros tróficos
BIOMASA
PRODUCCIÓN
PRODUCTIVIDAD
TIEMPO DE RENOVACIÓN
EFICIENCIA

BIOMASA
Cantidad en peso de materia orgánica (viva
o muerta) de algún nivel trófico o
ecosistema.
Se expresa en unid. de peso o de energía y
puede estar referida a unid. de superficie o
volumen.
Unid: gC/cm2 , kgC/m2 , tmC/ha
Es la manera que tiene la biosfera de
almacenar la energía solar.

PRODUCCIÓN
Cantidad de energía que fluye por cada nivel
trófico
Es una medida del flujo de energía que recorre el
ecosistema por unid. de superficie y por unid. de
tiempo.
Producción primaria:
 Es la energía luminosa transformada en materia orgánica
mediante fotosíntesis.
Producción secundaria:
 Se refiere al almacenamiento de energía en los
heterótrofos, en el resto de niveles.

Producción bruta:
Es la cantidad de energía fijada en cada nivel trófico por
unidad de tiempo.
Producción neta:
Es la energía almacenada en cada nivel trófico por unidad
de tiempo.
Representa el aumento de biomasa por unidad de tiempo.
La energía que queda después de descontar la respiración.
Pn = Pb - R

Fotosíntesis y
respiración
La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su reacción global es:
6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa  C6H12O6 + 6 O2
La energía luminosas es captada por la clorofila de las células verdes de
las plantas y utilizada para regenerar moléculas de ATP y NADPH (Fase
luminosa). En una segunda fase 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 distintas moléculas
orgánicas, principalmente glucosa. Con la glucosa se forma almidón,
celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas.
La respiración se realiza en las mitocondrias con una reacción global:
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + Energía
En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno 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
necesite energía.

REGLA DEL 10%
La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente
el 10% de la acumulada en él. ej

Producción en la biosfera
Producción anual
(entre neta y
bruta) (gC/m2)
Extensión
(106 km2)
Producción anual
(106 ton C)
Bosques 400 41 16 400
Cultivos 350 15 5 250
Estepas y pastos 200 30 6 000
Desiertos 50 40 2 000
Rocas, hielos,
0 22 0
ciudades
Tierras 148 29 650
Océanos 100 361 36 100
Aguas
continentales
100 1.9 190
Aguas 362.9 36 290
Total 65 940

PRODUCTIVIDAD:
Relación que existe entre producción neta y
biomasa. Es un índice de la velocidad con que
se renueva la biomasa o tasa de renovación.
p = Pn/B
TIEMPO DE RENOVACIÓN
Tiempo que tarda en renovarse un nivel
trófico.
tr = B/Pn

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. ej
Eficiencia de la
Producción 1ª
bruta (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%

Ejercicio 2: Modelos agrícolas de Japón (monocultivos mecanizados) y
China (tradicional)

Observa el siguiente dibujo en el que se expresa el destino
de la energía de los alimentos en kilocalorias en el caso de
un hervíboro durante un día.
a) Calcula la producción bruta, la producción neta, la eficiencia y la
productividad, teniendo en cuenta que la vaquita pesa 500 kg.
b) Si “ al aumentar la produccion bruta de un idndividuo, aumenta su
producción neta; al aumentar ésta, aumenta la biomasa; pero al
aumentar la biomasa, aumenta la respiración; y al aumentar ésta
última, disminuye la producción neta”. Dibuja y explica el diagrama
causal y aplícalo al caso de esta vaquita.

PIRAMIDES
ECOLÓGICAS Pirámides de energía:
Sigue la regla del 10%,
la base representa la
cantidad de energía en
ese nivel.
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 números:
Representa el nº de
individuos en un nivel
trófico
ej

PIRAMIDES
ECOLÓGICAS
Ejercicios 5 al 8

FACTORES QUE REGULAN LA
PRODUCCIÓN PRIMARIA
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.
Luz
Nutrientes (nitrógeno y fósforo)
Temperatura
Agua
Concentración de CO2
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/Fisio
logia_celular/contenidos11.htm

Factores limitantes
Luz:
Una mayor cantidad de luz
provoca un aumento de la
productividad hasta cierto
nivel, sobrepasado el cual no
aumenta la productividad.
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.

La temperatura:
Un aumento incrementa la producción, pero si aumenta en
exceso decrece bruscamente.
Concentración de CO2:
Niveles altos de CO2 aumentan la productividad como
ocurre en invernaderos. Si el nivel es bajo cae la
fotosíntesis, debido a que la enzima RuBisCO promueve
la fotorrespiración.
[CO2]  [CO2]
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.

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.

CICLOS
BIOGEOQUÍMICOS
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. Lo
que contraviene el principio de sostenibilidad
de los ecosistemas:
Reciclar al máximo la materia para obtener
nutrientes, que no se escapen y que no se
produzcan desechos.

Efecto de la deforestación
sobre los ciclos de la materia

CICLO DEL CARBONO 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

CICLO DEL FÓSFORO
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.

CICLO DEL NITRÓGENO
El N se encuentra en grandes cantidades en forma de gas,
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 amoniácidos y ácidos nucleicos.
El ciclo consta de 4 procesos:
La fijación (N2 NOx) se puede realizar en la atmósfera,
pero la mayor parte la realizan microganismos.
La amonificación (CON 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.

CICLO DE AZUFRE
El S se encuentra mayoritariamente en la hidrosfera.
Las plantas y microorganismos pueden incorporar
directamente sulfato.
El sulfuro de hidrogeno puede generar lluvias ácidas.

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