Ciclos Biogeoquímicos.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICA ESCUELA PROFESIONAL DE FÍSICA

Ciclos Biogeoquímicos Biomas Mg. Blgo. Edgar Zárate Sarapura

Ciclos biogeoquímicos. Movimiento de los elementos de nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, azufre, fósforo, potasio y otros elementos entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos: producción y descomposición.

Un elemento químico o molécula que es necesario para la vida de un organismo, se le llama nutriente o nutrimento. Los organismos vivos necesitan de 31 a 40 elementos químicos, donde el número y tipos de estos elementos varía en cada especie.

Compuestos químicos La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no están en formas útiles para los organismos. Los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes, son reciclados continuamente en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidas en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.

RELACIÓN ENTRE CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA METABOLISMO DE LA BIÓSFERA ENTRADAS

BIÓSFERA SERES VIVOS Productores Consumidores Descomponedores

SALIDAS

Atmósfera

Biotopo

Corteza terrestre

activación directa o indirecta

Hidrósfera Ciclo de los nutrientes

Biota

ciclos biogeoquímicos

C O2 N2 P S H2O

Ciclo del carbono El ciclo comprende la transferencia del bióxido de carbono y el carbono orgánico entre la atmósfera, donde está principalmente en forma de CO2, y la hidrosfera y litosfera donde está en forma de carbono orgánico e inorgánico. El proceso de fijación del carbono atmosférico se produce por microorganismos fotolitotrofos y quimiolitotrofos.

El carbono fijado (reducido) vuelve a la atmósfera como resultado de la respiración.

CARBONO COMO METANO (CH4)

La formación de metano (CH4) por bacterias metanógenas es una desviación del ciclo llevada a cabo por arqueobacterias.

El metano no es utilizable por otros organismos.

La principal fuente de metano atmosférico es la biógena y, dentro de ella, la producción de este gas durante el proceso de fermentación que tiene lugar en el rumen de los herbívoros.

Ciclo del carbono Y Relaciones tróficas El carbono fijado por los productores primarios (producción primaria bruta) comienza a ser consumida por los propios productores primarios y mineralizado por ellos a CO 2. Sólo una parte de la producción primaria (producción primaria neta) sirve de alimento para los productores secundarios y así se CO2 forman las cadenas tróficas. La mayor parte del carbono se pierde en forma de CO2 por lo que conforme se asciende en la cadena trófica la cantidad de biomasa es menor.

CO2 CO2 CO2

CO2

CO2

Ciclo del carbono Y Relaciones tróficas El balance entre el carbono fijado por la fotosíntesis y el consumido durante la respiración da lugar a una acumulación o reducción de la biomasa total del ecosistema. Normalmente, entre el 85% y el 90% de la energía acumulada en forma de carbono orgánico en un nivel trófico es consumida por la respiración durante la transferencia al siguiente nivel.

LA cantidad de biomasa en niveles tróficos superiores es cada vez menor.

Ciclo del carbono Y Relaciones tróficas Existen cadenas tróficas de materia viva (organismos depredadores) y cadenas tróficas de materia muerta (detritus) en la que la actividad de los microorganismos conduce a la mineralización (producción de CO2) o la reinserción en el ciclo (formación de biomasa por los microorganismos consumidores de detritus) biológico del material inutilizable.

Ingreso de Materia orgánica fresca

Prácticas y uso de la Tierra

MATERIA MUERTA Formación de biomasa microbiana

MINERALIZACIÓN

Ciclo del carbono Y Relaciones tróficas Los microorganismos son los responsables de la mineralización de la materia orgánica de los detritus. Los distintos productos orgánicos tienen diferentes tasas de mineralización por los microorganismos. En la velocidad de mineralización microbiana influye el pH, temperatura, humedad y grado de aireación del suelo; factores que influyen también el los tipos de poblaciones microbianas que van a desarrollar los respectivos procesos.

Ciclo del hidrógeno y del oxígeno Son ciclos íntimamente relacionados con el del carbono.

El sitio de reserva principal de ambos elementos es el agua El ciclo comprende reacciones de oxidorreducción componentes de los procesos respiratorios y de fotolisis del agua.

Ciclo del hidrógeno y del oxígeno Actividades microbianas y oxígeno

El metabolismo microbiano está condicionado por la disponibilidad y tolerancia al oxígeno. El nivel de oxígeno en un ambiente puede medirse por el potencial de oxidorreducción del mismo. La actividad microbiana (excepto en el caso de la fotosíntesis oxigénica) tiende a reducir el potencial redox y a dificultar la vida aerobia. Muchos microorganismos pueden continuar su actividad en condiciones anaerobias; pero esto no es posible en el caso de animales.

Ciclo del hidrógeno y del oxígeno pH y actividades microbianas

La actividad microbiana causa cambios en el pH del suelo o agua en la que se produzca. Estos cambios en el pH pueden tener efectos selectivos fuertes sobre otras bacterias (no suficientemente acidófilas para tolerar ambientes extremos cuando éstos se produzcan).

Tiene efectos químicos sobre la solubilidad de gases en el agua, la disponibilidad de nutrientes cuya solubilidad varía y la concentración de metales pesados en los ecosistemas.

pH=6

Actividad microbiana pH=4

Ciclo del nitrógeno Fijación del nitrógeno Proceso de reducción del N2 atmosférico, no asimilable, a NH4+ asimilable por las plantas y, a través de ellas, por toda la cadena trófica. La fijación de nitrógeno se produce únicamente por bacterias en condiciones anaerobias y requiere el consumo de una gran cantidad de energía.

La fijación de nitrógeno supone unos 2x108Tm al año (unas 8 veces la producción anual de abonos nitrogenados).

Ciclo del nitrógeno Fijación del nitrógeno

Ciclo del nitrógeno Amonificación Consiste en la liberación del NH4+ de las moléculas iorgánicas. Es un proceso microbiano producido por microorganismos ureolíticos y por especies que posean desaminasas.

Desaminasas.

CO(NH2)2

NH4+

Ciclo del nitrógeno Nitrificación Organismos quimiolitotrofos utilizan la energía liberada en la oxidación del NH4+ para sus reacciones metabólicas.

El proceso es obligadamente aerobio. Produce un cambio al pasar de forma catiónica (NH4+) a aniónica (NO3-). Efecto negativo formación de nitratos que son tóxicos para animales por la producción de nitrosaminas y de otros agentes cancerígenos.

Nitrobacter

Nitrosomonas

Ciclo del nitrógeno Desnitrificación Se produce por la actividad de microorganismos, en condiciones de anaerobiosis, utilizan NO3- y NO2- como aceptores finales de n procesos. Los productos finales son diferentes estados de oxidación del nitrógeno (NO, N2O, N2) dependiendo de la disponibilidad de materia orgánica, de la concentración de nitratos y del pH del suelo. Este proceso cierra el ciclo del nitrógeno: es una reducción desasimiladora.

Ciclo del azufre El ciclo comprende varios tipos de reacciones redox desarrolladas por microorganismos:

1.- Ciertos tipos de bacterias son capaces de extraer el azufre de compuestos orgánicos (proceso de desulfuración) que rinde SO4= en condiciones aerobias y H2S en condiciones anaerobias. 2.- Bacterias anaerobias respiradoras de SO4= que producen la acumulación de H2S hasta alcanzar concentraciones tóxicas.

3.- Bacterias fotosintéticas anaerobias pueden usar el H2S como donador de electrones en sus procesos metabólicos dando lugar a depósitos de azufre elemental (Sº). 4.- Bacterias quimiolitotrofas que utilizan el H2S como fuente de energía para la producción de ATP.

En muchos casos se producen asociaciones entre bacterias formadoras y consumidores de H2S en un sistema balanceado. En todos los caos, el Sº es la forma no asimilable y sólo puede entrar en el ciclo por la acción de algunas bacterias que son capaces de oxidarlo a SO4=.

Ciclo del azufre Drenaje ácido de las minas En minas de carbón en muchas ocasiones hay una contaminación con pirita (Fe2S) que se oxida rápidamente en contacto con el aire y por acción microbiana. La oxidación de estos sulfuros puede dar lugar a la producción de grandes cantidades de SO4H2 que acidifica el suelo impidiendo todo crecimiento posterior de plantas o de bacterias no acidófilas extremas.

Este ácido puede alcanzar el agua de los ríos al escurrir de las pilas de carbón que están sufriendo el proceso.

BIOMAS

Tipos

Un bioma (paisaje bioclimático o áreas bióticas), es una determinada parte del planeta que comparte el clima, flora y fauna.

BIOMA Un bioma es el conjunto de ecosistemas característicos de una zona biogeográfica que está definido a partir de su vegetación y de las especies animales que predominan.

Es la expresión de las condiciones ecológicas del lugar en el plano regional o continental: el clima y el suelo determinarán las condiciones ecológicas a las que responderán las comunidades de plantas y animales del bioma en cuestión.

La Tundra Ocupa las zonas alrededor de los círculos polares, especialmente del Círculo Polar Ártico en el hemisferio norte, ya que la mayor parte de esta zona del hemisferio sur está ocupada por el océano.

Temperaturas bajas todo el año (entre 30º C y 10º C) y las precipitaciones escasas. Suelo está congelado la mayor parte del año (permafrost), descongelándose una pequeña capa superficial en el corto verano.

La Tundra En esta estación brotan vegetales de rápido crecimiento, especialmente musgos y líquenes. En las zonas menos frías también pueden crecer algunos arbustos (brezos, sauces) y algunas hierbas.

Esta escasa vegetación puede alimentar a algunos herbívoros (como renos, caribúes) que acuden en la época más cálida.

Desiertos Son las regiones en las que la precipitación pluvial es menor de 25 cm anuales, o los lugares en los que hay más lluvia pero ésta no se distribuye uniformemente en el transcurso del año. Clima. Las temperaturas son generalmente altas, incluyendo los extremos terrestres, pero las noches pueden ser frías Suelos. Los suelos desérticos son de color variable pero frecuentemente son marrón claro, gris o amarillentos. Usualmente son calcáreos y pueden ser altamente salinos debido a la alta tasa de evaporación y ausencia de desagüe

Desiertos Adaptaciones Vegetales. En los arbustos típicos de desierto, las hojas son pequeñas y fuertemente cubiertas con materiales impermeables para prevenir la pérdida excesiva de agua, las raíces son superficiales pero extensas para aprovechar la capa orgánica superficial

Adaptaciones Animales. Los animales de desierto exhiben muchas adaptaciones fisiológicas y anatómicas a la sequía, incluyendo la capacidad de sobrevivir sin beber agua (su agua metabólica la obtienen totalmente de las plantas). Muchas especies solamente son activas durante las noches (o, para las especies diurnas, temprano y tarde en el día),

Selva Tropical Ocupan extensas superficies cercanas al centro del Ecuador, Sudamérica, África, Asia y Oceanía. Climas muy húmedos y calurosos.Lluvias abundantes y ríos caudalosos. Vegetación: Grandes árboles y plantas trepadoras Fauna: Gran variedad de vertebrados e invertebrados. Latitud: 0-5° latitud N y S (continua) y 5-10º de latitud Norte y Sur (discontinua). Número de especies: Es la zona conmayor número de organismos, vegetales como animales. No abundan las especies animales de mediano y gran tamaño.

Sabana andina

Son praderas andinas con pequeña cantidad de árboles o arbustos dispersos.

Poseen alta temperatura, Marcada diferencia entre las estaciones seca y húmeda. Estación húmeda el crecimiento plantas es rápido. Muchos animales se reúnen en grandes manadas. Cubren áreas extensas en América del Sur, África, India, Sudeste Asiático y Australia Septentrional. Los grandes animales emigran por el agua, y sus ciclos reproductivos corresponden a la disponibilidad de nuevas plantas suculentas. Vegetación: Hierbas, árboles dispersos (árboles de copa plana) y arbustos. Clima: frío, con dos estaciones, una seca y otra lluviosa. Fauna: Manadas de herbívoros, carnívoros y carroñeros.

Manglares Bosques especiales en las zonas costera s del norte y el oriente del país, • Aparecen en regiones de abundante precipitación anual, ubicadas en áreas de gran aridez.

Manglares Flora: Las especies de estos bosques retienen sus hojas durante todo el año y son denominadas siempre verdes. Los suelos contienen altas concentraciones salinas por estar mezclados con agua marina.

Los árboles forman colonias impenetrables, densas, con raíces aéreas descendentes hasta el agua, que ayudan a la acumulación y formación de suelo. Las especies del manglar pueden alcanzar alturas de hasta 25 m, pero generalmente son más pequeñas.

En el Perú se considera que hay 2 ecorregiones marinas y 9 terrestres, clasificación basada en el trabajo sobre provincias zoogeográficas del ecólogo peruano Brack Egg y son las siguientes:

Especies Representativas por Ecorregión ECORREGIÓN

FLORA FAUNA Fitoplancton de los Géneros Endophyton, Mar Frío de la Corriente Peruana Anchoveta, Sardina, Guanay, Ballena Azul Ectocarpus, Goniotrichium Mangle Dulce, Mangle Colorado y Algas Cachalote, Concha Negra, Petrel Gigante, Pez Mar Tropical de los géneros Monostrama y Gelidium Espada, Ave Fragata Desierto costero Géneros Tillandsia, Prosopis, Carica Venado Gris, Zorro, Cernícalo, Jergón de Costa Zorro de Sechura, Chilalo, Venado Colorado, Bosque seco ecuatorial Guayacán, Hualtaco, Ceibo, Algarrobo Pacaso Hurón, Mono Aullador del Pacífico, Armadillo, Bosque tropical del Pacífico Géneros Alseis, Centrolobium, Cederla Águila Negra, Cocodrilo Americano Serranía esteparia Gigantón, Mito, Tola Puma, Halcón Peregrino, Vizcacha Puna Queñua, Puya, Yareta Vicuña, Cóndor, Puma, Suri, Taruca Géneros Diplostephium, Calamagrostis, Páramo Pinchaque, Picaflor Gigante, Jambato Espeltia Géneros Podocarpus, Heliconia, Yungas Ucumari, Gallito de las Rocas, Jergón Chusquea Amazonía Lupuna, Caoba, Castaño Jaguar, Guacamayo, Yacumama Lobo de Crin, Tucán, Ciervo de los Pantanos, Sabana de palmeras Aguaje, Géneros Jessenia, Tabebuia Oso Hormiguero Bandera.

Ecotonos: Importancias y características Al interior de los paisajes, los ecosistemas forman un conjunto que se transforma de manera gradual y paulatina, integrándose unos a otros mediante unas fronteras poco definidas llamadas ecotonos. Muchas especies ocupan y son parte de dos o más ecosistemas al mismo tiempo, o se trasladan de uno a otro en diferente épocas, como ocurre con las aves migratorias.

Al pasar de un ecosistema a otro, se observa una gradual disminución de las poblaciones de la comunidad biótica del primero y un aumento en las de las que sigue los ecosistemas se superponen gradualmente en una región de transición conocida como ecotono, que comparte muchas de las especies y las características de los ecosistemas adyacentes