Fundamentos de Ecología - Sutton by Gustavo Franco

FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA

SUTTON

INDICE Naturaleza de los Ecosistemas

Conceptos ecologicos y de sistemas

La energia de los Ecosistemas

Conceptos de energia

Relaciones entre la alimentaci贸n.

Consumo energ茅tico humano

Ciclos Ecol贸gicos Los ciclos astron贸micos y de geosistemas

NATURALEZA DE LOS ECOSISTEMAS E

n la primera parte se proporcionará un concepto de ecología y se considerará como una ciencia. Asimismo, se introducirán los cuatro conceptos principales empleados en este libro: energía, ciclos, poblaciones y ecosistemas. Estos conceptos constituyen el tema especifico de la segunda parte a la quinta. En esta primera parte, se presentan los aspectos básicos. Las definiciones y explicaciones tendrán carácter amplio y general. Esta primera parte también introduce algunos conceptos generales sobre los sistemas. El método de sistemas es una forma de explicar las cosas, semejantes al lenguaje o las matemáticas. Para resolver un problema complejo es necesario ordenar las ideas de manera que sea posible apreciar globalmente el conjunto -como un todo--y no como una serie de problemas sencillos que deben resolverse uno a uno. El método de los sistemas trata de lograr esto. Por ello, resulta un elemento valioso en la comprensión de la ecología. En este libro se utilizarán las explicaciones sobre los sistemas en lo relativo a varios conceptos ecológicos. Posiblemente, el lector encontrará también explicaciones de sistemas correspondientes a áreas diferentes de la ecología.

CONCEPTOS ECOLÓGICOS Y DE SISTEMAS Al finalizar este capitulo, el lector podrá definir los siguientes elementos: Ecologia, ecologia humana, energia, ciclo, población, comunidad, ecosistema y biosfera.

Objetivos • Identificar las metas de la ciencia. • Explicar el papel de los modelos en la ciencia. • Explicar los diferentes puntos de vista, o perspectivas, en la ciencia. • Definir sistema, sistema abierto y sistema cibernético. • Explicar qué se entiende por: punto de partida, retroalimentación negativa, plano homeostático y retroalimentación positiva. Si ha logrado estos objetivos y piensa que puede omitir total o parcialmente este capítulo, pase a la página 26 y resuelva la autoevaluación. Los resultados le permitirán evaluar sus conocimientos con respecto al contenido de este capitulo. Si todas las respuestas son correctas, podrá iniciar el capitulo siguiente. Si algunas respuestas, están equivocadas deberá estudiar los cuadros que se indican después de la autoevaluación. Si el material es nuevo para Ud. o si decide no realizar la autoevaluación, príncipe con el cuadro l. Ecología es la ciencia que estudia las interacciones de los organismos vivos y su ambiente. Los organismos vivos no existen en forma aislada. Los organismos actúan entre si y sobre los componentes químicos y físicos del ambiente inanimado. Se denomina ecosistema a la unidad básica de interacción organismoambiente que resulta de las complejas relaciones existentes entre los elementos vivos e inanimados de un área. A medida

La ecología humana es el estudio de los ecosistemas desde el punto de vista de la forma en que afectan a los seres humanos y en la que resultan afectados por ellos. La ecología humana incluye conocimientos de muchas ramas del saber: aspectos químicos, económicos, políticos, sociales, éticos, y también estrictamente biológicos.

que las interacciones del hombre con el ambiente se hacen más drásticas, mayor número de personas se preocupan de la ecología humana (estudios ambientales). En la actualidad, un comité que trabaje sobre un problema particular de ecología humana, está formado por físicos, analistas de sistemas, urbanistas, biólogos, químicos, economistas, historiadores, políticos, ejecutivos, lideres sindicales y científicos de la conducta. Cada uno contribuye con sus conocimientos especificos para resolver el problema.

a) Defina ecología

b) Defina ecología humana

Figura 1.1

a) Ciencia que estudia las interacciones de los organismos vivos y su ambiente (o bien, la ciencia que estudia los ecosistemas) b) Estudio de los ecosistemas en cuanto a la forma en que influyen en los seres humanos y reciben la influencia de éstos.

Ciencia cuya actividad básica es la de elaborar predicciones acerca del futuro. Los científicos desarrollan modelos para hacer dichas predicciones. Desarrollan técnicas para la obtención y organización de la información. En un momento dado, se acumula información suficiente para poder descubrir las relaciones que existen entre los diferentes aspectos de ella. Los modelos se desarrollan para explicar las relaciones que pueden existir entre los diferentes aspectos de la información. Una buena teoría, o modelo, integra, en forma consistente y ordenada varias referencias separadas (hechos). En la figura 1.1 se muestra un modelo idealizado. ¿Cómo puede utilizar un científico este modelo?. Supongamos que tiene establecida una colonia bacteriana que aumenta rápidamente. Primero, debería determinar la etapa en que se encuentre el proceso. Supongamos que el estado de la colonia corresponde al punto B. Utilizando el modelo, el científico podrá predecir que en cieno momento del futuro existirá el estado C. (Asimismo, podrá aseverar, que el estado B se ha previsto por el estado A). Aun cuando los modelos imitan al mundo reaJ, nunca coinciden exactamente con la realidad. Siempre quedan fuera algunos elementos. De otra manera, los modelos no serian esto, sino la realidad, cuando, de hecho, siempre la están simplificando. Un buen modelo utiliza los elementos clave que pueden variar en una situación particular (variables). y que son necesarios para hacer predicciones precisas. En sus formas más simples, los modelos son generalmente verbales o gráficos. Los modelos más elaborados se basan en fórmulas matemáticas o estadísticas. Algunas situaciones parecen muy complejas. Aun cuando intervengan algunas variables importantes, puede construirse un modelo muy sencillo que, a pesar de se rlo, permita observar con gran claridad la complejidad del problema. Por ejemplo, antes de Darwin, el origen de los animales y de las plantas parecia en extremo complejo. Pero con el modelo de selección natural de Darwin, el origen de los animales y plantas resultó, comparativamente simple, natural y lógico.

¿Por qué los científicos se preocupan por construir modelos?

Cuando los componentes bióticos (los organismos vivos) y los componentes abióticos (las cosas inanimadas) actúan entre si, en forma regular y consistente, se consideran sistemas. Los ecólogos tratan especialmente los sistemas poblacionales, comunidades y los ecosistemas. Note que cada nivel de organización (de izquierda a derecha) incluye un componente biótico que interactúa con un componente abiótico, a través de un intercambio de materia y de energía. Cada uno de los niveles que interactúan produce un sistema biológico funcional. Por ejemplo, el lector mismo es un organismo biológico, por lo

Figura 1.2

El doctor Eugene P. Odum ha sugerido se consideren las áreas de estudio biológico como espectros constituidos por diferentes niveles de organización, cada uno de los cuales representa un tipo de sistema biológico. Dicho autor utiliza el diagrama de la figura 1.2 cual, emplea La energía y las sustancias de su ambiente externo para mantener un sistema al nivel orgánico de organización. Cambia los alimentos que ingiere y el aire que aspira por los desperdicios que elimina en el aire que exhala. Además, su sistema corporal incluye varios subsistemas menores. Está constituido por órganos los cuales, a su vez, están compuestos de células y de material genético. En cada Los modelos simplifican la realidad determinando, minuciosamente, las variables que parecen ser claves en una situación dada. Esto permite a los científicos hacer predicciones sobre el futuro, lo cual constituye la meta de la ciencia.

11 caso, el sistema persiste debido a las interacciones con los componentes abióticos del ambiente físico (intercambios de materia y de energía). A simple vista, parecería que los componentes pequeños y simples se presentan a la izquierda, mientras que los grandes y complejos aparecen a la derecha. Tal observación es simplista. Cada uno de los componentes bióticos representa un nivel de organización con sus complejidades propias y sus “ leyes” propias. Los problemas de la estructura y función celular son tan complejas como los problemas de las comunidades. Conocer un nivel no necesariamente ayuda al científico a resolver los problemas principales de otro nivel, ya sea hacia la derecha o hacia la izquierda del espectro. El conocimiento de un nivel puede ayudar a comprender otro, pero cada uno de ellos, es un sistema diferente con complejidades e interacciones que no pueden predecirse por las características conocidas de otro nivel. Consideremos el agua (H20). Posee propiedades exclusivas que no se encuentran ni en el hidrógeno (H), ni en el oxigeno (0). Aun conociendo todo lo relacionado con el hidrógeno y con el oxigeno, en estado libre, no se cuenta con la capacidad necesaria para predecir que su combinación determinará las propiedades del agua. Lo mismo sucede a la inversa: es imposible pensar intuitivamente, que el agua, un liquido, se degrada en dos gases altamente inflamables. Los ecólogos tratan principalmente el lado derecho del espectro de organización (especialmente, las poblaciones, las comunidades y los ecosistemas). Antes de continuar, es conveniente definir cada uno de estos terminos importantes: • Población: Grupo de organismos, del mismo tipo (especie), que viven en un área especifica. Se puede hablar de la población de bagres que viven en un estanque, de la población de pájaros en el Parque Central de Nueva York o de la población de ratones en un granero. • Comunidad: Toda población de organismos que existen e interactúan en un área determinada. La comunidad incluye a todos los componentes vivos (bióticos) de un área. Por ejemplo, una comunidad desértica incluye todas las plantas. Animales y microbios que viven en un área desértica especifica.

a) en que niveles del “espectro de organización” de Odum están interesados principalmente los ecólogos

b) un ecosistema es una comunidad que interactúa con

Los niveles de organización de los ecólogos pueden contener dentro de si, varios puntos de vista, o perspectivas. Se emplea el término “punto de vista” para acentuar el hecho de que el sistema mismo - la interacción de los componentes bi6tico y abiótico que se produce en la realidad- permanece sin variación. Sin embargo, con el propósito de construir el modelo, resulta útil, a veces, observar un sistema particular desde diferentes ángulos. Cada punto de vista permite elaborar un modelo diferente y hacer distintas predicciones, pero debe recordarse que ningún punto de vista tiene mayor validez que otro. Cada uno tiene mayor o menor utilidad, según sea el tipo de predicciones que se desee realizar. Probablemente uno de los mejores ejemplos acerca de los distintos puntos de vista provenga de la física moderna y en especial, del estudio de la luz. En ciertas ocasiones, los físicos se refieren a la luz como si se tratase de un fenómeno ondulatorio, que se transmite en el espacio como las ondas en la superficie de un estanque. En otras, los físicos sostienen que la luz se compone de partículas minúsculas que se liberan de un objeto que emite luz. Ambos puntos de vista permiten construir modelos que expliquen ciertas características de la luz y que predicen su comportamiento futuro. Cada uno de ellos es útil asimismo para ilustrar ciertas propiedades de la luz que otros no pueden explicar. Ambos, por lo tanto. En este libro estudiaremos la ecología, en forma sucesiva, desde cuatro puntos de vista principales: a) Poblaciones, comunidades y ecosistemas ambiente inanimado).

b) los componentes abióticos (el

• Punto de vista energético Cuando se organiza la información referente a las interrelaciones de los factores bióticos y abióticos con base en el flujo energético, se considera a los ecosistemas desde el punto de vista de la energía. Esta se define como la capacidad para producir trabajo. La energía es el origen de toda actividad. La energía transforma a la materia, y la vida misma existe sólo porque obtiene y pierde energía. La energía atraviesa los ecosistemas y durante este proceso produce cierto orden. Cuanto mayor sea la complejidad organizativa de un organismo, población o ecosistema, mayor será la cantidad de energía necesaria para mantener al sistema.

• Punto de vista cíclico Otra forma de observar las interacciones de los ecosistemas consiste en hacerlo desde el punto de vista cíclico. Si se emplea el término ciclo en su sentido más general, se puede considerar una clase integra de fenómenos, simplemente como una secuencia de eventos regularmente recurrentes. Algunos ciclos (del tipo de los astronómicos, atmosféricos y geológicos) no incluyen necesariamente a los organismos vivos. Sin embargo, la mayoria incluye no sólo los componentes abióticos sino también los bióticos. Estos ciclos se denominan ciclos biogeoquimicos.

• Punto de vista poblacional La población es uno de los agrupamientos fundamentales en ecologta. Como se ha mencionado anteriormente, las poblaciones se componen de todos los miembros de un mismo tipo de organismo (especie) que viven en un área determinada. Además de las caracteristicas de los organismos individuales, las poblaciones tienen las suyas propias. Un organismo individual puede nacer y morir, pero solamente las poblaciones poseen indices de natalidad y mortalidad. Una población se expande a través del tiempo y tiene su propia natalidad, sus tiempos de expansión y de contracción, y puede quizás morir (extinción).

LA ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS L

a energía es un concepto enigmático. Interviene en cada elemento simple del universo, desde las ranas hasta los fotones. Existe energía en todo lugar y en cualquier cosa. Es uno de los conceptos fundamentales de la física . Sin embargo, los físicos, dicen que realmente: no la comprenden totalmente. No obstante, es evidente que: la energía nunca se crea o desaparece en la nada. La energía siempre puede “contabilizarse’’, en la misma forma que un banco responde por el dinero de sus clientes. Si no se puede dar cuenta de cierta energía es porque se ha cometido un error, ya que la “contabilidad energética” de la naturaleza siempre está equilibrada. Aplicando La contabilidad energética al análisis de los sistemas complejos, pueden obtenerse datos importantes. Los especialistas en el medio ambiente empiezan a percatarse de que el punto de vista energético puede constituir un elemento analitico sumamente útil. La segunda parte se compone de tres capítulos. El capítulo dos desarrolla los principios que fundamentan la comprensión de la energía. La tierra se considera un sistema abierto que recibe energía continuamente del sol y la retorna al espacio en forma de calor. Se estudia la distribución de la radiación solar y se presenta la primera y segunda leyes de la termodinámica.

CONCEPTOS DE ENERGÍA Al finalizar este capitulo el lector podrá:

Objetivos • Identificar al sol como la fuente de toda energía terrestre. • Explicar la importancia de la longitud de onda, tanto en la luz solar entrante, como en el calor reflejado . • Describir la forma en que los vegetales transforman la energía solar, por medio de la fotosíntesis. • Describir la forma en que las plantas y los animales adquieren energía de los alimentos, a través de la respiración. • Establecer la primera ley de la termodinámica y explicar sus implicaciones ecológicas básicas.

Si ha logrado estos objetivos y piensa que puede omitir total o parcialmente este capítulo, pase a la página 59 y realice la autoevaluación. Los resultados le permitirán evaluar su conocimiento con respecto al contenido de este capítulo. Si todas las respuestas son correctas, podrá iniciar el siguiente. Si algunas respuestas están equivocadas, deberá estudiar los cuadros que se indican después de las respuestas del autoexamen. Si el material es nuevo para Ud., o si decide no realizar la autoevaluación, principie con el cuadro 1. Desde el punto de vista energético, la tierra es un sistema abierto. Para que la vida pueda existir, la tierra

La radiación solar que atraviesa la atmósfera y que se absorbe en la superficie terrestre se utiliza en diversos procesos. Conduce los ciclos atmosféricos principales (como se verá en la tercera parte), funde el hielo, evapora el agua y genera vientos, ondas y corrientes. Asimismo, suministra la energía para todos los organismos que habitan el planeta.

debe recibir constantemente la energía que proviene del sol y producir salidas de energía calorífica que pasan al espacio exterior. La energía solar mantiene todos los procesos vitales del ecosistema tierra. La vida en nuestro planeta es posible solamente porque se reciben constantemente, radiaciones de energía solar (radiaciones solares). Al mismo tiempo, grandes cantidades de energía calórica salen de la tierra y pasan al vasto “resumidero” de calor1. El ecosistema terrestre se mantiene estable debido a las entradas continuas de radiaciones solares y al f1ujo constante de calor al exterior. La temperatura relativamente constante de la superficie terrestre es el resultado del continuo equilibrio energético “entrada-salida” del ecosistema tierra. El sol es como una bomba de hidrógeno. Una masa colosal de hidrógeno que constante y parcialmente se está transformando en helio, con la emisión incidental de una enorme cantidad de energía en forma de ondas electromagnéticas (radiaciones). Estas ondas irradian desde el sol en todas direcciones. La tierra. que vista desde el sol, debe ser solo un punto en el cielo, recibe solamente 1150,000,000 de las ondas electromagnéticas del sol.

La energía solar se irradia a la tierra, pero la atmósfera evita que parte de la radiación solar llegue hasta ella. Solamente alrededor del 50% de La luz del sol que llega a la parte superior de la atmósfera de la tierra continúa realmente hasta su superficie. El calor procedente de la tierra se está desprendiendo constantemente hacia el espacio exterior. Como se muestra en la figura 2.1, más de 1/3 de la energía solar que llega a la atmósfera se refleja hacia el espacio por: las nubes, el polvo atmosférico y las superficies reflectoras sobre la tierra (nieve, mar, arena). Otro 14%, más o menos, de dicha energía solar nunca llega a la superficie. Se absorbe en los gases a medida que penetra en la atmósfera. Del restante 50% aproximadamente un 25% llega directamente a la superficie. El otro 25% se esparce primero en las nubes, polvo, etc., Irradiándose eventualmente, hasta la tierra desde dichas nubes y partículas atmosféricas. 1 El termino ‘’resumidero” se refiere a un lugar que absorbe enormes cantidades de energía. En relación con la tierra, el espacio exterior es un resumidero de calor o térmico.

19 La mayor parte de la energía solar, se irradia en forma de ondas electromagnéticas cuyas longitudes varían desde 0.2 hasta 4.0 micrones2. Este espectro abarca, a grosso modo, desde la zona ultravioleta hasta la infrarroja (ver figura 2.2). Aproximadamente la mitad de la energía solar se irradia en longitudes de onda correspondientes al espectro visible, y pueden ser captadas por el ojo humano (0.39 a 0.76 micrones). La mayoría de estas longitudes de onda “corta”, pasa directamente a través de la parte superior de la atmósfera porque las nubes, el polvo y los otros componentes de ésta son “transparentes” a este tipo de Longitud de onda. Es necesario mencionar una excepción. Una capa de ozono, en la parte superior de la atmósfera. absorbe activamente las radiaciones ultravioleta. Estas radiaciones, constituidas por longitudes de onda muy cortas, poseen un elevado contenido energético que es capaz de romper los enlaces de las grandes moléculas orgánicas de que están formados los organismos. La atmósfera primitiva de la tierra era probablemente transparente a las radiaciones ultravioleta, puesto que, muy posiblemente, carecía de oxigeno. Pero con la actividad fotosintética, se introducía oxigeno(02)a la atmósfera. Pronto se formó el ozono(03), lo que constituyó la coraza necesaria para la evolución de la vida en nuestro planeta. Este filtro de ozono permite el paso de la luz de longitud de onda corta (el espectro visible), mientras que absorbe las longitudes de onda muy cortas de las radiaciones ultravioleta, las cuales, de llegar a la superficie, exterminarían todas las formas de vida. La mayor parte de la energía que llega a la tierra se refleja en su superficie. Pero, significativamente, la tierra, generalmente refleja radiaciones de longitud de onda generalmente refleja radiaciones de longitud de onda muy grandes (unos 12 micrones). Esto significa que la mayor parte de la energía llega al globo terráqueo como luz solar visible, que se irradia hacia el espacio en forma de calor. Esto es significativo porque la atmósfera no es transparente a las radiaciones calóricas por lo que retiene temporalmente una 2 Un micron es igual a 1110.000 de un centimetro (o aproximadamente 1/25,000 de una pulgada). Se abrevia u, que es la letra griega m111.

Figura 2.2

21 gran porción de la energía irradiada desde la superficie de la tierra. El mismo bióxido de carbono (CO2) y el vapor de agua de la atmósfera. que permitieron la entrada de las radiaciones de longitud de onda corta, absorben ahora las radiaciones infrarrojas (de longitud de onda mayor). Con ello evitan, en forma semejante al techo de vidrio de un invernadero, que temporalmente, el calor abandone al planeta, lo cual da al fenómeno su nombre: efecto de invernadero. La figura 2.3 es un resumen visual de las entradas y salidas de energía primaria del ecosistema tierra. Recuerde que estos acontecimientos se producen en forma continua. Como puede observarse, la vida depende tanto de la claridad como de la opacidad de la atmósfera: requiere una capa atmosférica que reciba la luz visible

Figura 2.3

22 y absorba la ultravioleta. Necesita, asimismo, una atmósfera algo opaca al calor, de manera que la energía que se refleja desde la superficie terrestre pueda retenerse y distribuirse por cierto tiempo. Antes de perderse en el espacio. Últimamente se ha especulado acerca de que las actividades humanas pueden afectar el equilibrio total de calor de la tierra. Al quemarse los combustibles fósiles el contenido de C02 de la atmósfera aumenta en un 12%, desde 1890. Puede esperarse que un aumento del co2 atmosférico, incremente el efecto de invernadero, y con ello la temperatura superficial del planeta. En L940 se estimó que la temperatura media del planeta se habia elevado 0.35°C (0.63°F) debido a las recientes actividades humanas referentes a la combustión de petróleo.

Qué sucedería si el sol irradiase energía con longitud de onda de 12 micrones?

En las plantas, la luz solar se transforma por medio de la fotosíntesis, en moléculas químicas complejas. Más tarde, cuando necesitan energía las plantas y los animales (que se comen las plantas, o bien, a otros animales para obtener moléculas complejas ricas en energía) degradan dichas moléculas y liberan la energía almacenada en ellas. Aproximadamente, la mitad de la luz solar que llega a la superficie terrestre está constituida por longitudes de onda que pueden utilizarse en el proceso fotoslntético. La luz solar que reciben los vegetales se transforma de energía radiante en energía química, en presencia de una sustancia compleja denominada clorofila. En ocasiones, los ecólogos se refieren a este proceso como la fijación de la energía solar. Sin la fotosíntesis, que proporciona a los organismos vivientes la energía necesaria para elaborar las moléculas complejas, la vida no podría existir. Las nubes colocadas arriba de la tierra absorberían y reflejarán gran parte de la energía, de manera que la que alcanzase la superficie terrestre sería insuficiente, probablemente, para permitir la vida. O bien, la forma de la energía no permitiría que las plantas la transformaran mediante la fotosíntesis, por lo tanto, la vida no sea a tal como la conocemos.

23 Los sistemas biológicos almacenan en grandes moléculas alimenticias la energla que obtienen de la luz. solar. Los enlaces quimicos, cuya fuerza mantiene unidas a dichas moléculas complejas, representan la energía quimica almacenada, la cual puede liberarse cuando el organismo la necesita. Todos Jos sistemas biológicos pueden romper los enlaces moleculares (en 11.1n proceso que se denomina respiración) y, liberar la energia contenida en ellos (que permite realizar el proceso vital). Pero sólo las plantas fotosintéticas poseen la capacidad de elaborar las moléculas alimenticias iniciales, y por esta razón se denominan autptrofos, o bien, autoalimentadores. Los organismos vivos restantes, dependen de los autótrofos para obtener las moléculas alimenticias (en forma de tejido de los autótrofos) que necesitan para vivir. La figura 2.4 representa la fórmula fotosintética en su forma más simple. Seis moléculas de bióxido de carbono y i2 de agua se transforman, por medio de

Figura 2.4

la luz solar y de la clorofiJa. en una molécula de azúcar (glucosa). seis moléculas de oxigeno y seis de agua. Los átomos de carbono (C) que estaban presentes anteriormente, en el bióxido de carbono, forman ahora parte de la glucosa. Los compuestos que contienen carbono se denominan. Describa la fotosíntesis. ¿Qué importancia tiene?

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas absorben la luz solar y la utilizan para producir compuestos químicos. La fotosíntesis es importante porque constituye la única forma para los seres vivientes de fijar significativamente la energía solar.

Figura 2.5

Por medio de la fotosíntesis, las plantas almacenan la energía solar en moléculas químicas de elevada energía. Los heterotrofos (organismos “que se alimentan de otros’’) consumen las plantas verdes. No pueden fijar la energía solar y para ello deben obtener los compuestos ricos en energía de los tejidos vegetales. Tanto las plantas como los animales liberan posteriormente la energía que se halla en dichas sustancias, mediante un proceso denominado respiración. A continuación, se consideran estos acontecimientos detalladamente. A medida que se realiza la fotosíntesis, la energía se fija en los enlaces de cada molécula el azúcar (C6H 12 0 6). Otras sustancias ricas en energía, del tipo de las grasas y de las proteínas, se producen, posteriormente, a partir de las interacciones químicas de la glucosa y· otras sustancias. En el interior de las plantas y de los animales, estas moléculas alimenticias complejas experimentan una serie de cambios que canalizan la energía disponible en varios procesos vitales. Estos cambios se denominan respiración. Cuando las moléculas nutritivas, se combinan con el oxigeno, la energía se transfiere a “paquetes” menores con enlaces químicos de elevada energía. Estos enlaces de elevada energia se encuentran en un compuesto denominado por los biólogos ATP (adenosina trifosfato). El ATP aparece en las células de todos los organismos vivos y es la “ moneda circulante” de energ1a en sus reacciones

bioquímicas. Puede “ahorrarse” para uso futuro. o bien. puede “gastarse” para formar y reparar las estructuras de la célula, y asimismo para llevar a cabo varias funciones de ella. La respiración incluye más de 70 reacc.iones qulmicas secuenciales, pero la reacción puede resumirse en la forma. que indica la figura 2.5.

25 Las células del ser humano se mantienen vivas, combinando las moléculas ricas en energía (que originalmente se elaboraron durante la fotosíntesis) con p rotelnas apropiadas denominadas enzimas. Esto le proporciona la energía necesaria para contraer los músculos, irrigar la sangre a través del cuerpo y mantener la temperatura corporal a aproximadamente 36.5°C. En el proceso, las células Describa la forma en que la energía solar queda a disposición de los animales

Examine la figura 2.6 y llene los espacios que aparecen abajo de ella.

Figura 2.6

también liberan bióxido de carbono (C02), (que eliminan los pulmones en cada respiración) y agua rH20) que se exhala, o se transpira. La energía que se emplea para vivir y trabajar se convierte en calor, que constantemente se irradia de los cuerpos a la atmósfera. Esta es una característica común a todos los sistemas vivos. Su existencia depende totalmente de la energía solar. Todos los procesos energéticos se controlan por dos leyes generales - las leyes de la termodinámica-, las cuales indican las relaciones entre las diferentes formas de la energía. La primera ley de la termodinámica establece: “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. (a) Por medio de la fotosíntesis, las plantas almacenan energía en moléculas ricas en energía. Los animales consumen los tejidos vegetales y, de esta manera, obtienen dichas sustancias. Posteriormente, libera,n la energía de esas sustancias en el proceso de la respiración. (b) (1) el sol: (2) la fotosíntesis; (3) la respiración; (4) el calor.

26 La energía es la capacidad para producir trabajo. Puede adoptar diversas formas, tales como la energía nuclear, energía radiante O luz visible, luz ultravioleta, rayos X, etc.). energía química, energía calorífica o la energía asociada a la masa misma (E= mc2). la primera ley de la termodinámica (a menudo denominada de la conservación de la energía) establece que la cantidad total de energía, en todas sus formas. permanece constante. No obstante que la energia puede cambiar de una forma a otra, la suma de todas las formas debe permanecer constante. Defina le energía

¿Cuáles la primera ley de la termodinámica?

La segunda ley de la termodinámica establece que siempre que la energía se transforma, tiende a pasar de una forma más organizada y concentrada a otra menos organizada y más dispersa. La implicación ecológica de la segunda ley de la termodinámica, consiste en que nunca es muy eficaz la transferencia de energía de un lugar a otro. En cada transferencia, parte de la energía se torna tan desorganizada, o dispersa, que deja de ser útil. Los dos leyes de la termodinámica permiten contabilizar toda la energía que interviene en los sistemas ecológicos (es decir, de dónde viene y adónde va). También indican que, cuando la energía fluye a través de un sistema ecológico, cada vez es menor su capacidad para producir trabajo.

¿Cuáles la segunda ley de la termodinámica?

La segunda ley de la termodinámica establece que la energía tiende a pasar de un estado más organizado y concentrado a otro menos organizado y más disperso Ello implica que, (a) La capacidad para producir trabajo; (h) La primera ley de la termodinámica establece que la energia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

27 cuando la energía se procesa a través de un ecosistema, es cada vez menor la cantidad utilizable (es decir, en forma organizada y concentrada). Las incongruencias, o aparentes contradicciones, de la primera y segunda ley de la termodinámica, .radican invariablemente en una contabilidad incompleta del sistema integro. Tanto los organismos biológicos como las máquinas construidas por el hombre pueden organizar sustancias difusas procedentes del ambiente (transformando el desorden en orden). Estos procesos parecen negar la tendencia hacia el desorden que se deduce de la segunda ley de la termodinámica. Pero una contabilidad completa de todas las consecuencias, revela pronto que el desorden en el sistema integro (el proceso y el medio circundante) aumenta invariablemente Por ejemplo, el combustible y la energía de otro tipo que gasta el hombre, o la maquina, en la generación de electricidad, se convierte parcialmente en energía eléctrica concentrada. Una gran porción de la energía total se degrada en calor -relativamente inútil. Además de este desperdicio calorífico, la energía eléctrica producida finalmente, también se degrada a calor, cuando se transmite y utiliza ya sea en lámparas eléctricas o en motores eléctricos. Toda actividad humana requiere energía (desde la digestiva y empleo de los alimentos por medio de las células hasta el funcionamiento de las maquinarias). Cuando se emplea esta energía se libera calor. Ninguna innovación tecnológica puede modificar esta consecuencia de la segunda ley de la termodinámica. En los capítulos siguientes se considerarán algunas de las implicaciones de la liberación excesiva de olor al ambiente. Tanto la primera como la segunda ley de la termodinámica se ilustran en la figura 2.7,flujo en un solo sentido de la energía a través de la biosfera. La energía procedente del sol no se destruye cuando fluye a través del ecosistema tierra, pero, en cambio, se degrada. de una forma más concentrada de energía {capaz de conducir reacciones y de producir trabajo) en una clase de energía más difusa: el calor. En otras palabras, la primera ley supone que la cantidad total de energía en el universo permanece constante, mientras que la segunda ley, afirma que la energía concentrada, utilizable disminuye constantemente.

RELACIONES ENTRE LA ALIMENTACIÓN Y LA PRODUCTIVIDAD Al finalizar este capítulo el lector podrá:

• Definir una cadena de alimentación y una red alimenticia; • Definir, discriminar y relacionar: productores consumidores, reductores, autotrofos, heterotrofos, herbivoros, carnivoros y carnivoros finales. • Trazar el flujo de energía a través de una cadena alimenticia. • Identificar un parásito y un detritófago en una cadena alimenticia. • Definir nivel trófico y determinar los niveles tróficos de varios organismos, dentro de las redes alimenticias.

Si ha logrado estos objetivos y piensa que puede omitir total o parcialmente este capitulo. pase a la página 81 y resuelva el autoexamen. Los resultados le permitirán evaluar sus conocimientos con respecto al contenido de este capitulo. Si todas las respuestas son correctas, podrá iniciar el capltulo siguiente. Si algunas respuestas -están equivocadas deberá estudiar los cuadros que se indican después de Las respuestas del autoexamen. Si el material es nuevo para Ud.. o si decide no realizar el autoexamen, principie con el cuadro 1. La energía fluye a través de la biosfera secuencialmente y de un organismo a otro. Una cadena alimenticia es una serie de relaciones de alimentación entre organismos. La cual indica quién come a quién. La energía se transforma primero mediante la fotosíntesis y después se transfiere

Objetivos

La energía se mueve en la biosfera en forma de moléculas de elevada energía, que originalmente son elaboradas y almacenadas por los productores. Estos sirven de alimento a una serie de consumidores. Tanto los productores como los consumidores obtienen energía a partir de las mencionadas moléculas ricas en energía. Finalmente, cualquier energía que hayan fijado los productores, o acumulado los consumidores, y que ninguno de los dos emplee, es liberada por los reductores. Estas relaciones alimenticias pueden esquematizarse ya sea en cadenas alimenticias o bien, en redes alimenticias. de un organismo a otro, produciéndose re arreglos de los compuestos químicos en cada etapa. También en cada una de estas etapas. La energía se transforma parcialmente en calor y sale del sistema. En La figura 3.1 se esquematiza una cadena alimenticia abstracta.

Figura 3.1

Existen diferentes factores que controlan la productividad primaria desde la energía y el flujo de biomasa. El flujo de energía es la cantidad de energía que se mueve a través de la cadena alimenticia. La energía de entrada, o energía que entra al ecosistema, es medida en Joules o Calorías. En el estudio de flujo de energía, los ecólogos tratan de cuantificar la importancia de las diferentes especies y las relaciones tróficas.

Un productor (vegetal) utiliza la luz solar y, por medio de la fotosíntesis, produce moléculas ricas en energía. La mayoría de las moléculas producidas sencillamente hace que aumente el tejido vegetal. Algunas de estas moléculas se degradan poco después de su elaboración, para constituirse en el combustible de los procesos vitales diarios de la planta {así como para la elaboración de tejido adicional). En el curso de su vida, los vegetales emplean la mayor parte de la energía que fijan para conservarse vivos, o bien, reproducirse. Cuando mueren, el tejido “muerto” contiene aún energía, que pueden aprovechar los organismos

Figura 3.2

Los herbívoros son organismos que consumen el tejido vegetal. De esta manera, obtienen Las moléculas ricas en energia que, posteriormente, pueden degradar para liberar la que necesitan para vivir. Los herbtvoros son heterotrofos (organismos “que se alimentan de otros”). Al igual que los vegetales, los herbivoros consumen la mayor parte de la energia que obtienen en: vivir, crecer y reproducirse.

Los camfvoros son organismos que se alimentan de herbivoros. Al igual que los herbívoros, los carnívoros no pueden obtener energía directamente de la luz solar. Pero en lugar de ingerir el tejido vegetaJ lJara adquirir las moléculas orgá· nicas ricas en energía, consumen herbívoros. De la misma manera que los herbívoros, los carnívoros gastan su energía tanto en la conservación de la vida (respiración) como en la elaboración de tejidos (crecimiento y reproducción). Observe la figura 3.8.

Figura 3.8

Los reductores viven de las moléculas ricas en energía que obtienen de los tejidos de los organismos muertos. Gran parte de los alimentos que ingieren los utilizan en la respiraci6n, pero también se multiplican, con lo cual crean nuevos tejidos.

Los carnívoros también pueden comer a otros carnívoros. El ultimo carnívoro en una cadena alimenticia determinada se denomina carnívoro final. El hombre a menudo es el carnívoro final.

Se ha considerado una cadena alimenticia general donde la energía pasa, de un productor a un consumidor primario (herbivoro), luego a un consumidor secundario diario (carnivoro) y, finalmente, a los reductores. No existen verdaderas cadenas alimenticias “generales’’ en la naturaleza. Se ha mencionado, por ejemplo, que los reductores toman sus alimentos de los productores, de los herbívoros y aun de otros reductores, así como de los carnívoros. Las variaciones comunes del modelo básico de cadena alimenticia incluyen cadenas alimenticias parasiticas y cadenas alimenticias detrit6fagas. Cadenas alimenticias parasíticas: cadenas alimenticias en las que el productor o el consumidor están parasitados y, por lo tanto, el alimento pasa a un organismo más pequeño, y no a uno mayor. Cadenas alimenticias detrit6fagas: cadenas alimenticias en las que el herbívoro subsiste por la ingestión de material orgánico muerto (que procede generalmente del exterior del ecosistema particular), en vez de alimentarse con productores. Un ejemplo de una cadena alimenticia detrit6faga lo constituye la zona aeoüana de Jos Himalayas. que fue investigada por el Dr. Lawrence Swan. Las plantas que poseen clorofila no pueden vivir en estas elevadas montañas. En ellas, la entrada de detritus consiste en particulas orgánicas arrastradas por el viento, especialmente granos de polen. Dichas partículas son portadoras de colémbolos y de ácaros los cuales, a su vez, sirven de alimento a ciertos arácnidos. Los reductores en este sistema están representados por las bacterias. Obviamente, los límites de un ecosistema de detritus pueden expandirse de .u:.era que incluya a los productores, ya que los consumidores están incapacitados ·”’subsistir sin ellos. Sin embargo, los limites de un ecosistema se establecen de acuerdo con los propósitos de una investigación particular. De esta manera, a pesar . que el modelo básico siempre es

37 útil si se investiga lo suficiente, en muchos csrudios conviene considerar fragmentos abreviados, o especializados, de las cadenas alimenticias. En estos ejemplos también puede observarse cómo se simplifican las cadenas alimenticias al expandirse en redes alimenticias. Sin embargo, las leyes de la termodinámica imponen su control y limitación invariable, no importa qué tanto se e una cadena de alimentos de su patrón básico. El nivel trófico de un organismo se refiere al número de etapas que separan a dicho organismo de la producción primaria. La producción primaria constituye el primer nivel trófico. Una forma de observar las redes alimenticias, consiste en analizar a los diferentes organismos de acuerdo con el nivel trófico que ocupan.

Marque la cadena alimenticia que aparece en la figura 3.11.

Figura 3.11

a) productor-vegetal; b) consumidor-herbívoro; c) consumidor-canúvoro; d) calor utilizado para conservar la vida: respiracion; e) reductores: f) bacterias: en descendencia y tejido no ingerido.

CONSUMO ENERGÉTICO HUMANO El lector, al finalizar este capitulo podrá realizar lo siguiente:

Objetivos • Definir y describir el consumo energético (interno y externo) del hombre. • Identificar el nivel trófico del hombre y establecer su importancia general. • Definir y distinguir: productividad, productividad primaria bruta, productividad primaria neta y cosecha permanente. • Describir las diferentes áreas de la tierra, en términos de su capacidad de productividad. • Identificar las fuentes humanas actuales y futuras de la energía externa.

El ser humano, al igual que todos los organismos vivientes, debe obtener la energía que proviene originalmente del sol, para mantener sus procesos vitales. Como los humanos no son productores, dependen de los vegetales que son capaces de transformar la luz solar en formas de energía utilizables para ellos. La energía que consume el hombre puede dividirse en dos tipos: energía interna -que emplea para los procesos corporales, y energía externa- que utiliza en actividades tales como el funcionamiento de sus instrumentos y el mantenimiento de su cultura. Un ser humano realiza sus procesos vitales degradando durante el proceso de la respiración, las moléculas ricas en energia. Para ser capaz de liberar dicha energia, el hombre debe primero consumir alimentos ricos en ella. Por lo que, directa o indirectamente, el hombre depende de los vegetales, los cuales capturan la energta solar mediante el

proceso fotosintético. Toda la energta que utiliza el hombre para mantener sus procesos corporales se denomJna energía interna. Cuando el hombre empezó a evolucionar, su consumo se limitaba a la energia interna. Pero en las primeras etapas de su desarrollo encontró que podia suplementar su producción de energía interna cubriendo su cuerpo y empleando el fuego. Desde el punto de vista energético, estos grandes descubrimientos no llega. ron solos. El fuego dependió de la combustión de la madera. El hombre liberó la energía almacenada en un tejido vegetal. El empleo de pieles para vestirse constituyó otra

43 forma de “consumo” de la energía capturada por otro organismo. El hombre también aprendió que podía hacer que otr..os animales trabajasen para él. Por supuesto, tenía que alimentarlos al igual que lo hacía consigo mismo. Del simple “consumo” de pieles y de leña, el hombre aprendió formas más complejas de liberar la energía solar para suplementar su consumo de energta interna. Descubrió que podia utilizar los materiales vegetales originados en el pasado (pero que aún contenían moléculas ricas en energia) los que, al quemarse, la liberaban. Estos materiales, denominados combustibles fósiles, incluyen el gas, carbón y el petróleo. Las poderosds máquinas movidas por combustibles fósiles han substituido casi completamente a los animales domésticos. Toda la energía que el hombre consume fuera de su propio cuerpo se considera energía externa. Con excepción de la energía atómica todas las energias que el hombre consume, ya sean internas o externas, proceden originalmente de la luz solar.

El hombre moderno puede ser denominado hombre tecnológico. Emplea un gran número de fuentes de energía para hacer trabajar sus máquinas que “ahorran mano de obra”, pero que gastan energía. Dichos aparatos varían desde los focos eléctricos y cepillos de dientes hasta los televisores, computadoras, automóviles y naves espaciales.

Durante el 99% de la historia del hombre, éste fue cazador y recolector, por lo que obtuvo sus artículos y combustibles a partir de las fuentes naturales vegetales y animales, con los cuales compartía su ambiente. Excepto por el empleo del fuego su comportamiento correspondía al de cualquier otro omnívoro (se alimentaba tanto de plantas como de animales). Su consumo energético interno (nutricional) alcanzaba alrededor de 2,000 C por día. El consumo energético externo correspondía probablemente a otras 2.000 C (en fuego para cocinar, calentarse y protegerse). Se ha estimado que la tierra podría sostener solamente a diez millones de gentes, si éstas fuesen cazadores y recolectores, ya que cada individuo (al igual que cualquier otro carnívoro final) necesitaría una gran cantidad de tierra para proveerse de suficiente alimento. Recientemente, el potencial humano se ha expandido mucho debido a los avances tecnológicos. Dichos avances incluyen nuevas y mejores formas para suplementar las fuentes energéticas nutricionales con fuentes energéticas externas. El hombre cazador suplementaba su ingestión de alimentos con la combustión de madera para calentar y cocinar. El agricultor primitivo empleó a los animales para hacer más productivo su trabajo en el campo; el agricultor avanzado recurrió al carbón, al agua y a la fuerza del viento, así como al transporte animal; el industrial hizo uso de las máquinas de vapor que requerían carbón o leña para su funcionamiento. La energía de ayuda incluye la nueva maquinaria y técnica agrícola que elevan la producción de alimentos, lo que, a su vez, estimula un incremento de la población humana. Esto ejerce una presión cada vez mayor para obtener aUmentos. Lo cual obliga al hombre a buscar medios más efectivos para producir alimentos. El hombre moderno puede ser denominado hombre tecnológico. Emplea un gran número de fuentes de energia para hacer trabajar sus máquinas que “ahorran mano de obra”, pero que gastan energia. Dichos aparatos varian desde los focos eléctricos y cepillos de dientes hasta los televisores, computadoras, automóviles y naves espaciales. En la figura 4.1 se indica el aumento notable en el consumo energético diario perca pita

45 (debido casi exclusivamente al incremento en el consumo de eoergia externa). La energía de ayuda incluye la nueva maquinaria y técnica agricola que elevan la producción de alimentos, lo que, a su vez, estimula un incremento de la población humana. Esto ejerce una presión cada vez mayor para obtener alimentos. Lo cual obliga al hombre a buscar medios más efectivos para producir alimentos. Este tipo de estimulación conduce a un ciclo vicioso (retroalimentación positiva) que determina una velocidad de crecimiento difícil de contrarrestar. El hombre obtiene su energia interna de los alimentos que ingiere. Puede ocupar más de un nivel tr6fico debido a que obtiene sus alimentos de diferentes fuentes. La figura 4.2 indica varios niveles tróficos que ocupa el hombre al mismo tiempo, ya que consume vegetales, herbfvoros y varios camivoros

2 Figura 4.2

46 A continuación se ofrece una lista de los alimentos que consume un aborigea australiano. Piense y responda a las preguntas que aparecen en seguida. Vegetales (grupo 1): 29 clases de raíces, cuatro tipos de frutas, dos especies de cicadáceas, semillas y varias verduras, dos clases de m esembryanthemum. siete tipos de hongos, cuatro tipos de gomas, dos clases de maná, y las flores de varias especies de Banksia. Animales que se alimentan de plantas (grupo 2): seis diferentes canguros, cinco clases de marsupiales de tamaño medio, nueve especies de ratas marsupiales 1 ratones, tres tipos de tortugas, once tipos de rana, 29 clases de pescados, tod01 los crustáceos marinos excepto los ostiones, cuatro clases de crustáceos y l a n a de agua dulce. Animales que se aumentan de animales (grupo 3): dos especies de opossUJfL. dingos, un tipo de ballena, dos especies de focas, siete tipos de iguanas y lagartijas, ocho diferentes serpientes.

a) El consumo de la lista correspondiente al grupo 1 indica que los aborigenes australianos son, en parte

b) El consumo de la lista correspondiente a los grupos 2 y 3 indica que los genes australianos son también en parte

(a) Herbívoros; (b) carnívoros; (e) los aborigenes australianos ocupan al menos tres niveles troficos.

c) Desde el punto de vista energético, ¿qué generalización podría hacerse, a partir de estos datos, acerca de la dieta de los aborígenes australianos?

La energía, total que se ha fijado y está disponible para el consumo interno del hombre, depende directamente del nivel trófico que éste seleccione. Por la ley del diez por ciento se sabe que el hombre tiene más energía disponible como herbívoro que como omnívoro (dieta mixta -tanto vegetales como animales) o carnívoro. Como ejemplo simplificado, considere un campo sembrado de maíz que convierte aproximadamente 1% de la energía solar disponible en energía química. El ganado bovino que se alimenta con este maíz convertirá en tejido corporal cerca del 10% lo de la energía del cereal. El hombre, a su vez, a través de una ineficiencia similar, transformará el tejido de la res en tejido humano. En esta cadena alimenticia, el hombre, como carnívoro, deriva aproximadamente 0.01% de la energía solar original. Tendría diez veces más energía disponible para él si eliminara a la res y tomara el papel de un herbívoro (es decir, si se convirtiese en vegetariano). Se ha estimado que se utilizan 6,300 C por día para alimentar a los animales que producen la cantidad de carne diaria que necesita el consumidor norteamericano promedio. El hombre medio subsiste con unas 2,000 C por día el promedio global es de 2,350 C). Con las calorías consumidas por un ciudadano americano que se alimenta con carne se podrían sostener tres personas (la ingestión total per capíta en los Estados Unidos es de 3, tOO C). En realidad no resulta difícil comprender por qué la mayor parte de la población humana es herbívora.

48 Sin embargo, el problema no es tan simple como parece. El hombre no consume alimentos exclusivamente para obtener energía. Estos también suministran nutrientes vitales necesarios para la elaboración y reposición de todos los tejidos del cuerpo, para la producción de los componentes celulares y las encimas indispensables para las reacciones químicas del cuerpo. Las proteínas proporcionan la mayor parte de estos nutrientes, mientras que los carbohidratos (azúcares y almidones) y las grasas aportan la energía básica. La desnutrición se presenta más como una consecuencia de deficiencia en proteínas que por falta de calorías. Desafortunadamente, las plantas ricas en calorías por lo general contienen pocas proteínas, de manera que la alimentación de la población hambrienta del mundo no se reduce a un simple cambio de niveles trófico. Considere dos ejemplos: 1) los nativos de la isla de “Hierba” se alimentan exclusivamente del fruto del árbol del pan y de cocos. Las cosechas de estos productos agricolas representa un promedio de 1,000,000 C de energía al día. a)¿Qué porcentaje de esta energía puede obtener el hombre que viva como herbívoro?

b) Si cada hombre, mujer o niño de la isla requiere 2.500 e por día ¿cuánta gente puede vivir en ella?

2) Una segunda isla (denominada “Carni”) tiene ganado bovino (introducido por un misionero que visitó la isla en 1800). Los árboles del pan y los cocoteros se han derribado para dar paso a los pastizales. Estos representan un promedio de 1,000,000 C de energía por día. (a) aproximadamente el 10%. (b) cuarenta personas (10% de 1,000,000 dividido entre 2,500 = 40).

e) Si una res requiere 1,000 C por día, ¿cuántas puede mantener el pastizal? (Recuerde la ley del diez por ciento) d) Suponiendo que los isleños requieran aun 2,500 C por día (y que se alimenten exclusivamente de carne) ¿,cuántos pueden habitar la isla de Carni?

Como se ha afirmado la energía interna disponible para el hombre depende de la cantidad de energia solar que fijan los productores. Por ello, los ecólogos consideran a menudo la proporción en que se tija esta energía. Dicha proporción se conoce con el nombre de productívidad primaria, o bien, producción primaria. Generalmente, se consideran dos tipos de productividad primaria.

• La productividad, o producción, primaria bruta: La cantidad total de fotosintesis, Ja cual incluye la energía que se tija y que posteriormente se emplea para la actividad fotosintética -o sea, la respiración-, asi como la energía destinada a la producción de nuevos tejidos. • Productividad, o producción, primaria neta: la proporción en que la planta almacena energía como materia orgánica (tejidos), además de la que consume durante la respiración. Defina la productividad (o producción)

(c) cien reses (10% de 1,000,000 dividido entre 1,000 = 100). (d) cuatro personas (10% de 100,000 -energía total en las reses- dividido entre 2,500= 4).

CICLOS ECOLÓGICOS U

no de los fenómenos de la naturaleza que se observa más frecuentemente es la recurrencia cíclica 1 de eventos. Al verano sigue el invierno, a la luna llena sigue la luna nueva, a la marea baja sigue la alta y a la noche el dia. El comportamiento cíclico se presenta en una multitud de sistemas, desde las enzimas de una célula individual hasta la rotación de la galaxia. Esta obra no pretende considerar todos los ciclos, técnicamente se investigan algunos de los ciclos principales que se relacionan directamente con el estudio del ambiente. Después de tratar brevemente los movimientos de la tierra (que determinan los años. las estaciones, la duración del dia y las mareas) se estudiarán los ciclos que intervienen en La circulación de la atmósfera. La discontinuidad de estos modelos globales de circulación, contribuye a la concentración local de contaminantes (que también se desarrollan en el capitulo 5). En el resto de esta parte tres, se tratará a la tierra como un sistema cerrado, en relación con la materia. Los sistemas naturales de la tierra -para poder disponer continuamente de materiales que se presentan en cantidades limitadas-, bajo desarrollado ciclos que los surten de nuevo y los recirculan. Se introducen en este capitulo la movilidad y la “ciclización’’ de la corteza terrestre, asi como las teorías de la deriva continental y de la tectónica de placas. El capítulo 6 desarrolla el tema del ciclo del agua, incluyendo los modelos de consumo de agua del hombre y sus planes para el desarrollo de recursos acuáticos. El capitulo 7 considera los ciclos del nitrógeno y del fósforo, que son ejemplos tipicos de los ciclos biogeoquimicos, que operan en todos los ecosistemas. También se estudia el empleo y la distribución de los elementos dentro de una comunidad biótica, en forma de balance de nutrientes. En esta tercera parte se enfatizará la influencia del hombre en estos fenómenos.

LOS CICLOS ASTRONÓMICOS Y DE GEOSISTEMAS El lector, al finalizar este capitulo podrá realizar lo siguiente:

Objetivos • Identificar y describir los tres ciclos astronómicos principales. • Explicar la causa de las estaciones. • Explicar la causa, el proceso y los resultados del ciclo atmosférico. • Describir la relación entre el ciclo atmosférico y la contaminación aérea global. • Describir los tipos, y las causas de los problemas de contaminación atmosférica local. • Definir el ciclo geológico y su Lapso de tiempo.

Si ha logrado estos objetivos y piensa que puede omitir total o parcialmente este capitulo, pase a la página 120 y realice el autoexamen. Los resultados le permitirán evaluar su conocimiento con respecto al contenido de este capitulo. Si todas las respuestas son correctas, podrá iniciar el siguiente. Si algunas respuestas están equivocadas deberá estudiar los cuadros que se indican después de las respuestas de la autoevaluación. Si el material es nuevo para Ud., o si decide no realizar la autoevaluación, principie con el cuadro l . Todos los ecosistemas de la tierra, y el planeta mismo, toman parte en los ciclos astronómicos. La noche y el día, los cambios de la luna y las estaciones del año, son manifestaciones de estos ciclos. Diversos movimientos astronómicos rigen dichos ciclos. El hombre mide el tiempo con base en los periodos de algunos de esos movimientos:

54 • Día: el periodo de tiempo en que la tierra realiza una rotación completa sobre su eje. • Mes: el periodo de tiempo en que la luna gira alrededor de la tierra (mes lunar). • Año: el periodo de tiempo en que la tierra gira una vez alrededor del sol. Cada 365 días, la tierra completa una órbita elíptica, de aproximadamente 939 millones de kilómetros, alrededor del sol. A través de dicha órbita gira la tierra alrededor de su propio eje, el cual está inclinado 23 1/2 grados de su vertical. De esta manera, tanto la duración de la luz del día como el ángulo de los rayos solares que tocan la superficie en un punto dado, están cambiando constantemente durante el año (ver figura 5.1). Estos factores, unidos explican la existencia de las diferentes estaciones. Cuando Norteamérica está en verano, el hemisferio septentrional se inclina hacia el sol. En ese momento, los rayos solares caen directamente sobre Norteamérica durante un periodo de luz diurna de mayor duración. Seis meses después, en el punto opuesto de la revolución anual, el día en Norteamérica es más corto, los rayos solares llegan en forma oblicua, razón por la cual calientan en menor medida la superficie. Entonces se presenta el invierno. La primavera y el otoño son transiciones entre estos extremos. Otra consecuencia de los movimientos astronómicos son las mareas. Estas constituyen el resultado primario de la fuerza gravitacional de la luna y del sol sobre la tierra. La forma de la linea costera y su relación con las cuencas oceánicas también determinan la amplitud de las mareas dentro de una área particular. A través de la mayoría de las costas, el nivel del agua se eleva y baja alternativamente dos veces al día. El punto más elevado se alcanza cada 12 1/2 horas. Dos veces al mes, la fuerza gravitacional combinada del sol y de la luna, determina mareas excepcionalmente altas. Asimismo, dos veces al mes, la fuerza gravitacional del sol y de la luna sobre la tierra se contrarrestan entre si, para causar mareas excepcionalmente bajas.

Otra consecuencia de los movimientos astronómicos son las mareas. Estas constituyen el resultado primario de la fuerza gravitacional de la luna y del sol sobre la tierra. La forma de la linea costera y su relación con las cuencas oceánicas también determinan la amplitud de las mareas dentro de una área particular. A través de la mayoría de las costas, el nivel del agua se eleva y baja alternativamente dos veces al día. El punto más elevado se alcanza cada 12 1/2 horas. Dos veces aJ mes, la fuerza gravitacional combinada del sol y de la luna, determina mareas excepcionalmente altas. Asimismo, dos veces al mes, la fuerza gravitacional del sol y de la luna sobre la tierra se contrarrestan entre si, para causar mareas excepcionalmente bajas. a) Mencione tres ciclos astronómicos. (a) La rotación de la tierra sobre su eje, la revolución de la luna alrededor de la tierra, la revolución de la tierra alrededor del sol; (b) no existirían las estaciones.

b) ¿Cuál seria la consecuencia más notable, si la tierra girase alrededor del sol teniendo su eje en posición vertical?

La superficie de la tierra no se calienta de manera uniforme. Esto determina grandes movimientos de la atmósfera que originan los vientos, las olas marinas y otros factores climáticos. Los movimientos del aire y del agua conservan la atmósfera terrestre a una temperatura relativamente constante -lo cual es básico para los desarrollos ecológicos. La superficie de la tierra no se calienta en forma homogénea debido a su forma esférica y a la envoltura gaseosa que constituye la atmósfera. Las áreas que se encuentran cercanas a los polos reciben menor radiación solar por unidad de superficie que las áreas que están cerca del ecuador. Esto se debe a varias razones. Primera, la cantidad de energía solar que se recibe por unidad de área en la superficie terrestre, depende del ángulo en que llegue la energía. La misma cantidad de radiación se disemina en una área más grande en el sitio de la curvatura mayor (ver figura 5.2). Además, la radiación debe atravesar una capa atmosférica más densa

Figura 5.1

57 para tocar los polos, por lo que se absorbe, o se refleja, por la atmósfera en mayor proporción antes de alcanzar la superficie terrestre. Por ello, no resulta sorprendente que los trópicos sean más calientes que las regiones polares. Este calentamiento diferencial pone en movimiento una gran “máquina de calor” atmosférica, la cual genera ciclos atmosféricos globales. Estos, a su vez, desplazan el calor hacia los polos. Como se vio en el capitulo 2, la radiación solar llega a la tierra en forma de calor (longitudes de onda de 12 micrones), el cual se retiene en la atmósfera. As1, la atmósfera se calienta desde abajo, por el calor que sube desde la tierra. Cuando el aire caliente se eleva, se crean las Corrientes aéreas (vientos, o corrientes de convección). Como las regiones ecuatoriales reciben la mayor parte de la radiación solar, son ellas, pues, las que irradian más calor. El aire caliente se eleva desde el ecuador y empieza a movilizarse hacia los polos. Este patrón de aire ascendente y descendente forma “tubos” alrededor de la tierra. Dichos tubos se denominan, a veces, celdas de Radley, debido a que dicho meteorólogo inglés propuso por primera vez este esquema de circulación atmosférica. Hadley propuso la teoría de que existían tres celdas o “tubos” en cada hemisferio. Los empleó para explicar los patrones climáticos principales de la superficie terrestre. El aire que se mueve hacia los polos tiende a enfriarse y se abate a una latitud aproximada de 30°, tanto al norte como al sur. Desde este punto, el aire frío es empujado a lo largo de la superficie, ya sea hacia los polos o hacia el ecuador, donde el ciclo se inicia nuevamente. Como el aire caliente se mueve hacia el norte y hacia el sur a través de sucesivas celdas de Hadley, la superficie, completa de la tierra se calienta más uniformemente. Si no hubiese circulación atmosférica durante los equinoccios, cuando la luz solar llega a la tierra perpendicularmente al ecuador, la temperatura de los polos descendería hasta aproximadamente -270°C. Y cuando la posición de la tierra cambiase, primero el hemisferio septentrional y luego el hemisferio meridional recibirían “temporadas frías” similares. En estas circunstancias habrá muy poca oportunidad de que existiese vida sobre la tierra.

Figura 5.2

Esta breve exposición aclara cómo los patrones globales de circulación atmosférica unifican a todo el mundo (sin mencionar los patrones marítimos que se determinan parcialmente por la fuerza de los vientos). Los vientos del noreste no se “intimidan’’ ante los límites estatales ni tampoco ante los nacionales. De hecho, la atmósfera y los océanos constituyen mecanismos físicos efectivos para la distribución de varias sustancias tóxicas alrededor del mundo, las cuales se depositan lejos de sus puntos de origen. Explique la forma en que el calor “fortalece” al ciclo atmosférico. (a) El calor irradiado desde la superficie de la tierra determina corrientes de convección que hacen circular al aire caliente alrededor de la tierra. (b) La forma esférica de la tierra permite que su superficie reciba diferentes cantidades de radiación solar. Esta se irradia a la atmósfera, desde abajo, en forma de calor; la mayor cantidad de calor se irradia desde el ecuador, la menor desde los polos. El aire caliente se desplaza en forma de corrientes (vientos), desde el ecuador, hacia arriba y hacia los polos. De esta manera, el aire caliente se disemina hacia los polos. A su vez, el aire

b) Describa, con cierto detalle, la forma en que trabaja el ciclo atmosférico.

Las partículas suspendidas en el aire pueden moverse a grandes distancias sobre la superficie terrestre debido a la circulación atmosférica. El polvo, las bacterias, el polen y las semillas se distribuyen ampliamente alrededor de la tierra, transportadas por los vientos. Vuelven hacia la tierra cuando cae la nieve o la lluvia. Las islas que se localizan en medio de los grandes océanos poseen formas de vida que han llegado ahi por el viento, las corrientes marinas y la lluvia. De esta manera, la circulación atmosférica desempeña un papel fundamental en la evolución y la distribución de los organismos. A través de la historia de la tierra, los vegetales y los animales han desarrollado formas ingeniosas para utilizar la circulación atmosférica como medio de transportación y diseminación de su especie. El hombre también ha utilizado los vientos en varias formas inteligentes -los molinos de viento y los veleros son excelentes ejemplos. También se las ha arreglado, no tan sabiamente, para poner en circulación atmosférica los materiales indeseables. El estroncio 90, un producto de fisión que se libera durante las pruebas con bombas nucleares, proporciona un ejemplo del movimiento atmosférico, a lo ancho del mundo, de partículas no deseables. En 1966, se detectó una lluvia de este elemento en el laboratorio nacional de Brookhaven en Long lsland, nueve días después de haberse probado una bomba en China. Una serie de investigaciones ha determinado que las sustancias radiactivas suspendidas en el aire circulan la tierra (en latitudes medias) de 15 a 25 días. La lluvia y la nieve desempeñan el papel principal en la labor de regresar a La tierra los desperdicios radiactivos suspendidos en el aire. frlo procedente de las regiones polares se disemina hacia el ecuador. Este ciclo mantiene la atmósfera terrestre a una temperatura relativamente constante en todo el globo. (e) Mucho más frío.

Ante estos comentarios y tomando en consideración los mecanismos de la magnificación biológica (ver páginas 76-79), parece que no es posible seguir considerando la contaminación únicamente como un problema local. Los procesos globales transportan las sustancias tóxicas, y las concentran, muy lejos de su fuente original.

Otras partículas entran también en los patrones globales de circulación. Por ejemplo, se han detectado grandes cantidades de residuos de plaguicidas en los pingüinos del antártico y en los esquimales del ártico. Recientemente, se reportó que el DDT y sus subproductos absorbidos en forma de vapor por partículas de polvo fueron transportados 4,800 kilómetros a través del Atlántico Norte por los vientos alisios del noreste, desde África y Europa basta las islas Barbados en el Caribe. En las montañas se encuentran pruebas de que cantidades considerables de plaguicidas están circulando en la atmósfera ‘’esperando” el momento justo para precipitarse a la tierra.

a) Mencione algunos elementos que se transportan mediante la circulación atmosférica.

b) ¿Cuál es la forma en que la atmósfera “relaciona al mundo entero con la fuente de contaminación de partículas”?

No obstante que los desperdicios tóxicos suelen dispersarse ampliamente y diluirse en la vasta atmósfera global, se presentan concentraciones locales de contaminantes. Estas concentraciones pueden alcanzar proporciones ominosas (debido, primordialmente a las condiciones geográficas y meteorológicas locales y regionales) y llegar a constituir el problema ambiental más difícil que encara el hombre tecnológico. (a) El polvo, las bacterias, el polen, las semillas, las aves, las partículas radiactivas, los plaguicidas; (b) Las partículas suspendidas en la atmósfera circulan con ella y pueden caer con la acción de la lluvia, la nieve, o finalmente, por la gravedad. Las partículas producidas en un lugar pueden “ llover” en cualquier otro sitio de la tierra.

61 La ciudad de Los Angeles está situada en una depresión del terreno y en tres de sus lados se elevan montañas. Estos hechos determinan varias caracteristicas que dan por resultado uno de los peores problemas (de tipo local) de contaminación del aire en el mundo. El movimiento del aire tiene carácter limitado por la presencia de las tres montañas y oscila entre el noreste, el noroeste y el sudeste. Además, las condiciones meteorológicas resultan ideales para la formación de inversiones térmicas. Una inversión térmica es una condición en la cual una capa de rure caliente descansa sobre otra de aire más frío. Normalmente, la temperatura del aire disminuye con la altura (ver figura 5.4 parte superior); la condición inversa actúa en forma efectiva como una cubierta que atrapa los contaminantes del aire (ver figura 5.4 parte inferior).Básicamente, hay dos tipos de contaminación del aire: el “smog de Londres” y el “smog fotoquímico”. El smog de Londres (humo y niebla) contiene compuestos de azufre, del tipo del bióxido de azufre y el ácido sulfúrico. La combinación de niebla. una inversión térmica y grandes cantidades de bióxido de azufre, causó el desastre de Londres de 1952 que costó 4,000 vidas. Por ello se le denomina “el smog de Londres”. Por su puesto, también podda denominarse con justicia el “smog del valle de Meuse”, va que en dicho valle industrializado de Bélgica en diciembre de 1930, más de 1000 personas enfermaron, y 60 murieron. O bien, el “smog de Donora”, pequeño pueblo de PensHvania, donde el 42% de la población se intoxicó y 20 personas murieron en octubre de 1948. También podria conocerse con el nombre de “smog de ‘Nueva York”, pues la mayor parte de la contaminación atmosférica de las principales ciudades del este de los Estados Unidos es producida por bióxido de azufre ya que se~mp lean combustibles que contienen azufre, para la calefacción y la producción de fuerza eléctrica. El smog fotoquímico podría llamarse “el smog de Los Ángeles”, ya que en esta ciudad fue donde se registró la primera reacción de este tipo y aún constituye el ejemplo más conocido. Realmente no es una combinación de humo y de niebla, pero el término “smog” se emplea en forma

“ Mirad, este excelentisimo dosel, el aire, este bravo firmamento pendiente, esta bóveda majestuosa calada por fuego dorado, ¿por qué no me parece otra cosa que una inmunda y pestilente congregación de vapores’! ... ‘’

64 tan amplia, que serta virtualmente imposible eliminarlo de nuestro vocabulario. La causa de la contaminación del aire en Los Angeles no son los contaminantes· iniciales o primarios (por eje., monóxido de carbono, bióxido de azufre. los óxidos de nitrógeno o los hidrocarburos semiquemados), sino los productos que se forman cuando estos compuestos reaccionan fotoquimicamente. La radiación ultravioleta procedente del sol induce la reacción entre los contaminantes primarios lo que origina contaminantes secundarios y aun terciarios. En la figura 5.5 se muestra la progresión correspondiente. Cuando ciertos hidrocarburos (que en Los Angeles se originan principalmente en los escapes de los automóviles) se exponen a la luz solar, en presencia del óxido nitrico (NO) y del bióxido de nitrógeno (N02}, (también un contaminante primario procedente de los automóviles), ocurre una serie de reacciones. Los productos fmales, corresponden prmcipalmente al ozono, y a los aldehidos y compuestos orgánicos que contienen nitrógeno como los nitratos de perox-iacilo (abreviado PAN), que pueden producir efectos fisiológicos severos, tanto en los animales como en las plantas.

El ciclo geológico se refiere a la formación y al desplazamiento del material que constituye la superficie terrestre. Constantemente se forman nuevas superficies mediante presiones procedentes del interior de la tierra a través de las grietas del fondo del mar. Los continentes -grandes láminas de corteza dura- son empujados por dichas presiones del fondo marino en expansión. A menudo, cuando se encuentran los continentes y las nuevas superficies, el fondo del mar se hunde, retomando finalmente al manto de ]a tierra. Comparado con cualquier otro de los ciclos que hemos estudiado, el ciclo geológico tiene una enorme duración: el más sencillo de los eventos se mide en millones de años. La atmósfera es uno de los componentes del geosistema denominado tierra. Este geosistema está constituido de subsistemas que actuan entre si, entre los que se incluye la litosfera -la tierra sólida; la hidrosferala zona de agua contenida en las cuencas oceánicas y que se extiende a la superficie terrestre; y la atmósfera -envoltura gaseosa que rodea a las anteriores (ver figura 5.6). La superficie terrestre actualmente, es sólo una etapa de una larga serie, la cual dará lugar a otra, como resultado

a) Llene los cuadros vacios de la siguiente tabla.

de la interacción de sus subsistemas principales. En este cuadro se considerará a la litosfera, y, e.n el siguiente, a la hidrosfera. Sin embargo, siempre se tomarán en cuenta el intercambio mutuo y con la atmósfera. También en la litosfera hay ciclos, ya que la corteza terrestre no es un complejo estático y rígido de rocas, sino un sistema m6vil y elástico. El ciclo geológico puede observarse solamente desde la perspectiva de cientos de millones de años. Las fuerzas internas han causado repetidamente movimientos masivos de la tierra, que han originado la separación y elevación de los continentes, la formación de las montañas, el nacimiento de volcanes y los temblores de tierra. Al mismo tiempo, las fuerzas externas del intemperismo y la erosi6n, han actuado persistentemente para esculpir la faz de la tierra. En una batalla interminable, las fuerzas constructivas edifican la superficie terrestre, mientras que las fuerzas destructivas la deshacen. Para imaginar cómo se ha alterado la superficie de la tierra a través del tiempo, es necesario comparar la ubicación actual de los continentes con la que se supone era la posición (a) (1) combustible para la calefacción y generación de energia, (2) automóviles, (3) Londres Nueva York, (4) Los angeles

66 original en un gigantesco rompecabezas continental. (Ver figura 5.7). Durante los años 20, Alfred Wegener sugirió que un supercontinente -Pangaea (“todas las masas continentales”~ constituy6 (d urante la mayor parte de la historia de nuestro planeta) la unica masa terrestre. Durante este tiempo, el Océano Panthalassa existia también como unico oceano.

Por décadas la teoría de la deriva continental de Wegener fue atacada por la mayor1a de los cientificos. Sin embargo, en los ultimos años han surgido evidencias que la apoyan.

La teoría de la deriva continental, es como sigue: Por razones aun desconocidas, hace cerca de 200 millones de años aparecieron grietas que iniciaron la división de Pangaea en dos supercontinentes: el Continente Septentrional denominado Laurasia y el Continente Meridional llamado Gondwana. Poco tiempo después Gondwana, y luego Laurasia, empezaron a separarse mediante grietas adicionales, y con el tiempo, dieron lugar a Jos continentes como existen en la actualidad. Las masas territoriales de la tierra se mueven constantemente. Aunque esta deriva continental, ocurre lentamente, produce cambios ambientales también lentos. Constantemente están emergiendo nuevos materiales continentales desde el centro de la tierra, a través de las grietas oceánicas, de manera que el ciclo geológico continua aún en nuestros días. El descubrimiento de un sistema de cordilleras en medio del océano, de unos 40.000 kilómetros de largo, el cual se extiende a través de las cuencas oceánicas principales, ha ayudado a confirmar la teoría de la deriva continental. Se han hecho observaciones que indican que el fondo del mar se extiende a una velocidad de 2 a 18 centimetros por año. Continuamente se está formando una nueva corteza marítima como consecuencia del material fundido que sale, llena las grietas, se solidifica y queda a ambos lados de la cordillera. A medida que se produce el nuevo material de la coneza, los continentes son impulsados hacia la superficie de la tierra. Este concepto relativo a La dispersi6n de/ fondo del mar solamente puede tener validez si la tierra está en expansión, si su superficie se ondula. O bien, si otros materiales superficiales se estan reincorporando al interior de la tierra en algún lugar. Existen ciertas pruebas que indican que la tierra no se ha expandido más del 2o/o en los últimos 200 millones de años. la ondulación principal de la superficie sólo puede apreciarse en el interior de

67 ciertos cinturones montañosos, y aún ah!, no es suficiente para explicar el total de la corteza recién formada. De esta manera, en la actualidad se prefiere pensar que parte del material de la corteza es “consumida” por corrientes descendentes en las profundas fosas oceánicas d el mundo (ver figura 5.8). En dichas fosas oceánicas, la corteza antigua se hunde hacia el manto, determinando los temblores de tierra y la actividad volcánica. Por supuesto, el fenómeno es en realidad más complicado que la simple elevación de nueva corteza y la sumersión de la antigua. No existe una banda conductora global y ninguna relación individual correspondiente, que una las salidas con las entradas de magma. Asimismo, se sabe muy poco acerca de la transferencia lateral de material en la superficie y debajo de ella. El estudio de los movimientos superficiales laterales de la tierra se denomina tectónica de placas y se ha desarrollado a partir de las teorias de la deriva continental y de la dispersión del fondo del mar. La tectónica de placas, sugiere que la litosfera está compuesta de cierto número de placas rígidas, en constante movimiento relativo. Se presenta poca actividad geológica en su interior, pero en sus márgenes es bastante intensa, determinando los volcanes, los temblores y la distribución de los recursos minerales. Los continentes descansan sobre estas placas y son conducidas sobre la superficie del globo. Las placas, en algunas ocasiones se deslizan, en otras se mueven en sentidos opuestos a ambos lados de las cordilleras oceánicas, y en otras más,convergen. El lado de una capa se “consume” en una fosa. Por ejemplo, la “falla de San Andrés” descansa en el límite entre las placas del Pacífico y de Norteamérica. En este caso particular, las dos placas se deslizan una sobre otra. La placa del Pacifico se mueve hacia el noroeste en relación con la placa de Norteamérica, a una velocidad de aproximadamente S cm por año. Cuando se acumula suficiente tensión para hacer que cedan las placas se producen temblores. Inicialmente, el deslizamiento se restringe por la fricción de una placa contra la otra, pero cuando existe suficiente tensión, las placas se ajustan y se presenta el temblor. Generalmente, los temblores

69 profundos y la actividad volcánica se relacionan con los sitios de corrientes de convección descendentes o sea, las fosas oceánicas profundas (ver fig. 5.8). Cuando el material de la corteza empieza a descender, se aplasta, se ondula y se deforma, dando lugar a los temblores superficiales. A mayores profuncüdades. encuentra presiones y temperaturas más elevadas, transformándose quimica y flsicamente, lo cual da lugar a temblores más intensos. A medida, que el material descendente se calienta, se separan el agua y otros compuestos volátiles. La mezcla de gas caliente y rocas se eleva a la superficie creando los volcanes. a) La idea de que las masas continentales se están separando, fue expresada por primera vez por Alfred Wegener, en su teoria de

b) Explique brevemente los pasos y los procesos mediante los cuales las masas continentales de la tierra alcanzaron sus posiciones actuales

(a) La deriva continental. (b) Debe incluirse la siguiente información: Los continentes constituian originalmente una masa territorial simple denominada Pangaea, la cual existió hasta hace unos 200 millones de años. Aparecieron unas grietas que separaron a Pangaea en dos bloques principales, Laurasia y Gondwana. Gondwana primero, y Laurasia después, continuaron separándose hasta dar por resultado los continentes en su posición actual. El proceso mediante el cual se presentan dichos movimientos continentales. incluye la reación de una nueva corteza en las cordilleras oceánicas. y el “consumo” de la corteza más vieja en las fosas oceánicas. (c) Si. (d) Las grietas del fondo del mar, la actividad volcánica, los temblores y los movimientos de las fallas. (e) tectónica de placas.

La deriva continental y la tectónica de placas influyen directamente en los procesos por los cuales los minerales se distribuyen y se concentran: la actividad geológica crea constantemente nuevos depósitos de minerales por medio de grandes movimientos de material fundido y el movimiento continental distribuye lentamente los minerales a través de la tierra. El clima desempeña también un papel en la formación de depósitos minerales secundarios. Los minerales se concentran mediante dos procesos principales. El calor y la presión del magma (materia fundida bajo la corteza terrestre), origina la concentración de los minerales primarios tales como el cobre, plomo, cinc, y plata cuando los liquidos y los gases calientes, unidos a la roca fundida, alcanzan la superficie se condensan los diferentes

minerales en diversos niveles, formando depósitos de ellos (cristalizados y transformados). Por lo tanto, la formación de minerales primarios se produce en dos lugares principales: las fosas y las cordilleras oceánicas. El conocimiento de los sitios actuales y pasados de las corrientes de convección descendentes y ascendentes, proporciona información sumamente util en la prospección de minerales. Los minerales secundarios son depósitos residuales dejados en la corteza antigua por los procesos de intemperización y erosión. A medida que las superficies, se erosionan, los residuos remanentes no solubles pueden ser ricos en varios minerales. Un ejemplo, lo constituye la bauxita, un residuo rico en aluminio que se encuentra en Arkansas y en A frica Oriental. De los minerales que se solubilizan, algunos (los más pesados) se separan durante el transporte (por ej. oro, estaño). mientras que otros continúan a través de arroyos y rios hasta que, finalmente, se depositan en las depresiones cuando se presenta la evaporación (por ej., sales, nitratos). La formación de minerales secundarios se controla en gran medida por el clima, por lo que el conocimiento de los climas de antaño, o más especificamente, de la ubicación de los antiguos continentes, con referencia a las latitudes tropicales, constituye una herramienta inestimable en su localización. Por ejemplo, la mayor parte de los minerales secundarios, del tipo de la bauxita y del petróleo, pueden acumularse en grandes cantidades sólo en las latitudes tropicales. Como Europa y el Norte de Alaska estuvieron en latitudes tropicales durante parte de los ultimos 400 millones de años, se han encontrado ahi yacimientos petroliferos. Pero Africa Oriental carece de depositos de petróleo porque ha estado en latitud tropical sólo hasta periodos geológicos recientes. La presencia de cualquier depósito mineral depende de la coincidencia de varias condiciones específicas, cuyo estudio escapa a los objetivos de este libro. Nuestro proposito es explicar la importancia que tiene el ciclo geológico (movimientos de placas, anteriores y actuales, y la deriva continental) en la distribución de los minerales.