ECOSISTEMAS FLUJO Y PROCESAMIENTO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
Contenidos a) Flujo de energía en el ecosistema
Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos Ecosistemas basados en energía solar y en energía química Fotosíntesis Productividad
b) Circulación de nutrientes en la biósfera
Composición elemental Carbono y fotosíntesis Nitrógeno en el ecosistema
c) Impacto de la actividad humana en la naturaleza
Crecimiento poblacional y desechos Productividad y producción Efecto invernadero Bosque chileno intervenido Ley ambiental de Chile
Flujo de energĂa en el ecosistema
Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos
Sistema: conjunto de partes en integración para alcanzar un conjunto de objetivos Abierto: aquel que interactúa con el medio
Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos
Termodinámica: campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia y energía Principio 1: la energía se conserva Principio 2: la entropía aumenta
Vida v/s entropĂa
Vida v/s entropĂa
Efecto de la energĂa solar
Rayos solares y origen de los climas
Ecosistemas y energĂa solar
Ecosistemas sin energĂa solar
FotosĂntesis: estructura foliar
FotosĂntesis: cloroplastos
FotosĂntesis: luz y pigmentos
FotosĂntesis: Fotosistema
Clorofila
FotosĂntesis: Fase dependiente de luz
FotosĂntesis: Fase independiente de luz
FotosĂntesis: resumen
Ciclo de Calvin unificador
Origen de los flujos de energĂa en el ecosistema
Productividad: bruta y neta Productividad Neta (PN): Energía almacenada por los autótrofos en período determinado Productividad Bruta (PB): PN + Energía utilizada en respiración Se pueden expresar en unidades de energía (kcal) o como biomasa (peso seco de material orgánico)
Ejemplos de valores de PPB PPB Nivel tr贸fico
PPN
Respiraci贸n
Productores
10533
11977
Consumidores 1os
1478
1890
Consumidores 2os
67
316
Consumidores 3os
6
15
Regla del 10%
La energía que pasa de un eslabón al otro es aproximadamente el 10% de la energía acumulada El 90% restante se pierde como calor en los procesos de mantenimiento El nivel más productivo es aquel que traspasa más energía al siguiente eslabón (¿qué porcentaje del PPN efectivamente pasa al nivel trófico siguiente?)
PPN de algunos ecosistemas Ecosistema
PPN (g de materia seca/m2 x año)
Pantano y marjal
3000
Selva lluviosa
2200
Bosque de hoja perenne templado
1300
Bosque caducifolio templado
1200
Sabana
900
Bosque boreal
800
Bosque bajo y matorral
700
Terreno agrícola
650
Pastizal templado
600
Lago y arroyo
400
Tundra ártica y alpina
140
Desierto y matorral semidesértico Desierto extremo (roca, arena, hielo)
90 3
Productividad medida mediante satĂŠlites
Flujos de energĂa en el ecosistema
Pirámides tróficas como modelos
Pirámides de biomasa
Pirámides de números
Biomasa v/s productividad Nivel trófico
Biomasa (mg C/m2)
Productividad (mg C/m2 x día)
Plantas
60000
1200
Herbívoros
6000
40
Carnívoros I
400
1
Carnívoros II
48
0.03
Estructura tr贸fica: estudio de caso de ecosistema costero
Estructura tr贸fica: estudio de caso
Estudio energ茅tico en un ecosistema costero de Chile
Estructura trófica: estudio de caso
Actividad grupal:
Identificación de cadena alimenticia más corta y más larga Identificación de compartimiento clave Efecto de remoción de:
Peces carnívoros Filtradores Planctívoros
Trabajo prรกctico 1: cรกlculo de PPB y PPN
Trabajo práctico 1: Cálculos
PPB = PPN + R PPN = (peso luz – peso inicial) PPB = (peso luz – peso inicial)+(peso oscuridad – peso inicial)
Regulación térmica y gasto energético Endotermo:
Origen del calor es interno
Homeotermo: Temperatura en equilibrio
Poiquilotermo: Temperatura variable
--
Ectotermo:
Requieren calor externo
Regulación térmica y gasto energético
Regulación térmica y gasto energético
Contenidos a) Flujo de energía en el ecosistema
Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos Ecosistemas basados en energía solar y en energía química Fotosíntesis Productividad
b) Circulación de nutrientes en la biósfera
Composición elemental Carbono y fotosíntesis Nitrógeno en el ecosistema
c) Impacto de la actividad humana en la naturaleza
Crecimiento poblacional y desechos Productividad y producción Efecto invernadero Bosque chileno intervenido Ley ambiental de Chile
Circulaci贸n de nutrientes en la bi贸sfera
Composición del medio v/s seres vivos Elemento
Litósfera
Hidrósfera
Atmósfera
Bacteria
Humano
Oxígeno
47.4
33
21
73.7
62.8
Sílice
28.2
0
0.1
0.1
Aluminio
8.2
0
0.001
0.001
Hierro
5.6
0
0.005
0.005
Calcio
4.2
0
0.1
0.1
Sodio
2.4
0
0.01
0.01
Magnesio
2.3
0
0.04
0.04
Potasio
2.1
0
0.1
0.1
Carbono
0.1
0
12.1
19.4
Nitrógeno
0.0001
78
3.0
5.1
Hidrógeno
3
66
0
9.9
9.3
Argón
0
0
0.9
0
0
Otros
0.7
1
0.1
0.9
3
Fotosíntesis y oxígeno Millones de años
[O2] (%)
[CO2] (%)
4600 – 1900
0
28875
1750
5
22
1500
10
15
1300
15
8.3
900 - 0
21
0
Cambios en la concentración de CO2 y O2 en la atmósfera en distintos períodos de la evolución
Fotosíntesis y oxígeno
CO2 y actividad humana
Ciclo del Carbono
Ciclo del Nitr贸geno
Uso de compartimientos en ciclo del nitr贸geno
Yacimientos de nitrato
Salitre chileno
Contenidos a) Flujo de energía en el ecosistema
Seres vivos como organismos termodinámicamente abiertos Ecosistemas basados en energía solar y en energía química Fotosíntesis Productividad
b) Circulación de nutrientes en la biósfera
Composición elemental Carbono y fotosíntesis Nitrógeno en el ecosistema
c) Impacto de la actividad humana en la naturaleza
Crecimiento poblacional y desechos Productividad y producción Efecto invernadero Bosque chileno intervenido Ley ambiental de Chile
Impacto de la actividad humana en la naturaleza
Crecimiento poblacional y uso de recursos
Poblaci贸n humana y productividad
Efecto invernadero
Efecto invernadero: causas
Efecto invernadero: causas
OrĂgenes de gases invernadero
Efecto invernadero: mecanismo
Efecto invernadero: consecuencias ď Ž
Aumento de la temperatura superficial
Efecto invernadero: consecuencias ď Ž
ď Ž
Aumento de la temperatura superficial Derretimiento de los hielos polares
Efecto invernadero: consecuencias
Aumento de la temperatura superficial Derretimiento de los hielos polares Aumento nivel de los océanos
Efecto invernadero: consecuencias
Aumento de la temperatura superficial Derretimiento de los hielos polares Aumento nivel de los océanos Alteraciones climáticas a gran escala
Efecto invernadero: consecuencias
Aumento de la temperatura superficial Derretimiento de los hielos polares Aumento nivel de los océanos Alteraciones climáticas a gran escala Alteraciones en patrones de conducta de plantas y animales
Efecto invernadero: consecuencias
Aumento de la temperatura superficial Derretimiento de los hielos polares Aumento nivel de los océanos Alteraciones climáticas a gran escala Alteraciones en patrones de conducta de plantas y animales Destrucción de algas y corales
Efecto invernadero: esperanza
Bosque chileno: nuestra fuente de productividad