REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONALMERIDA ESTADO MERIDA

GUIA DE REFORZAMIENTO DE CONOCIMIENTOS DE EDUCACION AMBIENTAL

Geógrafo: Martha I Triana Vargas

Mérida, 2007

El Ambiente

A continuación, aremos mención algunos conceptos:

Según Méndez (1999): como el entorno físico-natural donde se desenvuelve la sociedad y se construye el espacio social-económico y cultural; integrado por un medio de soporte, fuente de recursos y condicionantes de procesos (elementos físico-natural), las técnicas demandas sociales (elementos socioeconómicos-culturales) y los políticos administrativo; expresados en un territorio. En la edición de Fundación Polar, sobre los “Principales Problemas Ambientales en Venezuela”, el Ambiente es un sistema integrado por un conjunto dinámico de elementos Físico, naturales y sociales interrelacionados, compuestos a su vez por subsistemas que se interrelacionan entre ellos.

Elementos que integran cada Subsistema:

Subsistema Físico: Conformados por los elementos abióticos tales como, atmósfera, hidrosfera y litosfera.

Subsistema ecológica: conformado por los elementos biológicos como la flora,

La fauna, los microorganismos y el hombre, elementos abióticos como el agua, el dióxido de carbono y el oxigeno y en general por todos los elementos químicos y factores físicos, como la energía, que hacen posible la vida.

Subsistema Social: conformado por los elementos culturales (Hábitos, comportamiento, valores, ideas, costumbres y creencias); forma de organización (económicas, políticas, religiosas, culturales y militares) y recursos tecnológicos (vías de comunicación, computadoras y redes telemáticas, maquinaria, herramientas y otras de infraestructura, entre otros).

Todos estos elementos interactúan, formando parte de un sistema, en el que se llevan a cabo una serie de proceso que son indivisibles.

Un ejemplo: “Las plantas asan el dióxido de carbono del aire y el agua del suelo para elaborar azucares, liberando oxigeno como su producto. Los animales consumen los azucares de las plantas y los oxidas para producir energía, devolviendo al aire dióxido de carbono mediante la respiración y retornando agua a la tierra en forma de orina. El ciclo es perfecto y nada se pierde”.

Ecología y Sistemas

La Ecología es la ciencia que estudia las interrelaciones de los organismos vivos y su ambiente.Los organismos vivos no existen de 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 organismo-ambiente que resulta de las complejas relaciones existentes entre los elementos vivos e inanimados de un área dada.

Ecosistemas será entendido como la comunidad, en la relación con el ambiente inanimado que actúan como un conjunto. Al componente biótico se ha añadido el componente abiótico del ambiente externo, lo cual produce un sistema relativamente auto estable.

Sistemas es un conjunto de partes, o de eventos, que pueden considerarse como algo simple y completo, debido a la interdependencia e interrelación de dichas partes o eventos. L a teoría de sistemas es una forma de pensamiento acerca del mundo, un enfoque a la solución del problema y al desarrollo de modelo, que incluye la consideración de una seria compleja de eventos, o de elementos, como un método sencillo.

Es decir, una área ecológica puede comprender diversas especies de plantas y de animales, en interacción reciproca y con los factores abióticos como los climáticosY geográficos. Se puede pensar acerca de estos organismos, factores abióticos e interrelaciones como una sola entidad: Un ecosistema.

Considerando dos tipos básicos de sistemas: Sistema abierto: sistemas que dependen del ambiente exterior para

entradas y salidas. Sistema Cibernéticos: sistemas que utilizan algunas clase de meca-

nismos de retroalimentación para su autorregulación.

Los sistemas abiertos procesan entradas y producen salidas. Esto lo relacionan en forma mas o menos fija, y la cantidad de salidas producidas se relaciona directamente con la cantidad de entradas aceptadas. Para continuar funcionando requieren constantemente de nuevas entradas.

Los sistemas cibernéticos emplean la retroalimentación para ejercer un cierto grado de autocontrol. Este consiste, en que parte de la salida del sistema se utiliza para controlar parte de la entrada futura al sistema.

Como podemos ver en este ejemplo, el termostato regula la entrada de electricidad al calentador. Una persona produce una entrada al termostato- proporcionándole un punto de partida- pero después este trabaja para después mantener dicho punto de partida.

Podríamos inferir, que la teoría de sistemas propone un análisis de los procesos naturales para poder comparar los fenómenos que ocurren en los distintos seres vivos. Por ejemplo, la fotosíntesis se produce tanto en las hojas de una planta como en las algas del océano.

Elementos químicos en el ecosistema.

Los seres vivos están formados por elementos químicos, fundamentalmente por oxí-geno, hidrógeno, carbono y nitrógeno que, en conjunto, suponen más del 95% de peso de los seres vivos. El resto es fósforo, azufre, calcio, potasio, y un largo etcétera de ele-mentos presentes en cantidades muy pequeñas, aunque algunos de ellos muy importan-tes para el metabolismo.

Estos elementos también se encuentran en la naturaleza no viva, acumulados en depósi-tos. Así, en la atmósfera hay O2, N2 y CO2. En el suelo H2O, nitratos, fosfatos y otras sa-les. En las rocas fosfatos, carbonatos, etc. 

Transferencia cíclica de los elementos

Algunos seres vivos son capaces de captarlos de los depósitos inertes en los que se acu-mulan. Después van transfiriéndose en las cadenas tróficas de unos seres vivos a otros, siendo sometidos a procesos químicos que los van situando en distintas moléculas. 

Así, por ejemplo, el N es absorbido del suelo por las raíces de las plantas en forma de nitrato; en el metabolismo de las plantas pasa a formar parte de proteínas y ácidos nu-cleicos (químicamente hablando ha sufrido una reducción); los animales tienen el N en forma de proteínas y ácidos nucleicos, pero lo eliminan en forma de amoniaco, urea o ácido úrico en la orina. El ciclo lo cierran bacterias del suelo que oxidan el amoniaco a nitratos. Por otros procesos el N puede ser tomado del aire por algunas bacterias que lo acaban dejando en forma de nitratos o también puede ser convertido a N2 gas por otras bacterias que lo devuelven a la atmósfera. 

Los ciclos de los elementos mantienen una estrecha relación con el flujo de energía en el ecosistema, ya que la energía utilizable por los organismos es la que se encuentra en enlaces químicos uniendo los elementos para formar las moléculas.

Ciclo de la materia “El Carbono”

El carbono es elemento básico en la formación de las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pues todas las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonos enlazados entre sí.

La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años.

La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración los seres vi-vos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organis-mos del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles.

Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la de otros gases, como el O2 o el N2, porque reaccio-na con el agua formando ácido carbónico. En los ecosistemas marinos algunos organismos convierten parte del CO2 que toman en CaCO3 que necesitan para formar sus conchas, caparazones o masas rocosas en el caso de los arrecifes. Cuando estos organismos mueren sus caparazones se depositan en el fondo formando rocas sedimentarias calizas en el que el C queda retirado del ciclo durante miles y millones de años. Este C volverá lentamente al ciclo cuando se van disolviendo las rocas.

El petróleo , carbón y la materia orgánica acumulados en el suelo son resul-tado de épocas en las que se ha devuelto menos CO2 a la atmósfera del que se tomaba. Así apareció el O2 en la atmósfera. Si hoy consumiéramos todos los

combustibles fósiles almacenados, el O2 desaparecería de la atmósfera. Como veremos el ritmo creciente al que estamos devolviendo CO2 a la atmósfera, por la actividad humana, es motivo de preocupación respecto al nivel de infecto in-vernadero que puede estar provocando, con el cambio climático consiguiente

Ciclo del Fósforo

El

fósforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP y de otras moléculas que tienen PO4

3- y que almacenan la energía química; de los fosfolípidos que forman las membranas celulares; y de los huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.

Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteoriza-ción de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y lle-ga al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo. 

Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por organis-mos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos pe-ces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.

Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces, formándose las grandes pesque-rías del Gran Sol, costas occidentales de Africa y América del Sur y otras.

Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes de-pósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose problemas de eutro-fización.

Ciclo del Nitrógeno

Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos

nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. 

Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas bacterias).

Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un pa-pel muy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitró-geno. De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas (nitratos y amo-nio) asimilables por las plantas.

El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3

-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las pro-teínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales.

En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba for-mándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta elimina-ción se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.

Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan in-teresantes para hacer un abonado natural de los suelos.

Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del eco-sistema a la atmósfera.

Ciclo del Oxígeno

El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de O2, su presencia en la atmósfera se debe a la actividad fotosintética de primitivos organismos. Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica.

La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la at-mósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también de-volución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario.

Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono. Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2.

El Ciclo del Agua

Se pudiera admitir que la cantidad total de agua que existe en la Tierra, en sus tres fases: sólida, líquida y gaseosa, se ha mantenido constante desde la aparición de la Humani-dad. El agua de la Tierra - que constituye la hidrósfera - se distribuye en tres reservo-rios principales: los océanos, los continentes y la atmósfera, entre los cuales existe una circulación contínua - el ciclo del agua o ciclo hidrológico. El movimiento del agua en el ciclo hidrológico es mantenido por la energía radiante del sol y por la fuerza de la gravedad.

El ciclo hidrológico se define como la secuencia de fenómenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases líquida y sólida. La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporación directa, a la transpi-ración por las plantas y animales y por sublimación (paso directo del agua sólida a va-por de agua).

La cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrológico, por el fenómeno de sublima-ción es insignificante en relación a las cantidades movidas por evaporación y por trans-piración, cuyo proceso conjunto se denomina evapotranspiración.

El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensa luego de haber recorrido distancias que pueden sobrepasar 1,000 km. El agua condensada da lu-gar a la formación de nieblas y nubes y, posteriormente, a precipitación.

La precipitación puede ocurrir en la fase líquida (lluvia) o en la fase sólida (nieve o gra-nizo). El agua precipitada en la fase sólida se presenta con una estructura cristalina, en el caso de la nieve, y con estructura granular, regular en capas, en el caso del granizo.

La precipitación incluye también incluye el agua que pasa de la atmósfera a la superficie terrestre por condensación del vapor de agua (rocío) o por congelación del vapor (hela-da) y por intercepción de las gotas de agua de las nieblas (nubes que tocan el suelo o el mar).

El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devuelta direc-tamente a la atmósfera por evaporación; otra parte escurre por la superficie del terreno, escorrentía superficial, que se concentra en surcos y va a originar las líneas de agua. El agua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada pue-de volver a la atmósfera por evapotranspiración o profundizarse hasta alcanzar las capas freáticas.

Tanto el escurrimiento superficial como el subterráneo van a alimentar los cursos de agua que desaguan en lagos y en océanos.

La escorrentía superficial se presenta siempre que hay precipitación y termina poco des-pués de haber terminado la precipitación. Por otro lado, el escurrimiento subterráneo, especialmente cuando se da a través de medios porosos, ocurre con gran lentitud y sigue alimentando los cursos de agua mucho después de haber terminado la precipitación que le dio origen.

Así, los cursos de agua alimentados por capas freáticas presentan unos caudales más re-gulares.

Como se dijo arriba, los procesos del ciclo hidrológico decurren en la atmósfera y en la superficie terrestre por lo que se puede admitir dividir el ciclo del agua en dos ramas: aérea y terrestre.

El agua que precipita sobre los suelos va a repartirse, a su vez, en tres grupos: una que es devuelta a la atmósfera por evapotranspiración y dos que producen escurrimiento su-perficial y subterráneo. Esta división está condicionada por varios factores, unos de or-den climático y otros dependientes de las características físicas del lugar donde ocurre la precipitación.

Así, la precipitación, al encontrar una zona impermeable, origina escurrimiento superfi-cial y la evaporación directa del agua que se acumula y queda en la superficie. Si ocurre en un suelo permeable, poco espeso y localizado sobre una formación geológica imper-meable, se produce entonces escurrimiento superficial, evaporación del agua que perma-nece en la superficie y aún evapotranspiración del agua que fue retenida por la cubierta vegetal. En ambos casos, no hay escurrimiento subterráneo; este ocurre en el caso de una formación geológica subyacente permeable y espesa.

La energía solar es la fuente de energía térmica necesaria para el paso del agua desde las fases líquida y sólida a la fase de vapor, y también es el origen de las circulaciones at-mosféricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes.

La fuerza de gravedad da lugar a la precipitación y al escurrimiento. El ciclo hidrológi-co es un agente modelador de la corteza terrestre debido a la erosión y al transporte y deposición de sedimentos por vía hidráulica. Condiciona la cobertura vegetal y, de una forma más general, la vida en la Tierra.

El ciclo hidrológico puede ser visto, en una escala planetaria, como un gigantesco siste-ma de destilación, extendido por todo el Planeta. El calentamiento de las regiones tropi-cales debido a la radiación solar provoca la evaporación contínua del agua de los océa-nos, la cual es transportada bajo forma de vapor de agua por la circulación general de la atmósfera, a otras regiones. Durante la transferencia, parte del vapor de agua se conden-sa debido al enfriamiento y forma nubes que originan la precipitación. El regreso a las regiones de origen resulta de la acción combinada del escurrimiento proveniente de los ríos y de las corrientes marinas.

Energía

En Física se define la energía como la capacidad para realizar un trabajo. Trabajo entendido en el sentido físico del término, esto es, el producido por una fuerza cuando su punto de aplicación se desplaza. Cuando un sistema realiza un trabajo sobre otro, se transfiere energía entre los dos sistemas.

Las formas de la energía.

Se clasifican en dos grandes grupos las formas en que se puede presen-tar la energía:

Energía externa o macroscópica. Energía interna o microscópica.

La energía macroscópica puede ser debida a dos causas:

La masa y la velocidad de un determinado cuerpo, que origina la denominada energía cinética.

Su posición dentro de un sistema de referencia, que da lugar a la energía potencial.

La energía cinética es debida al movimiento y para un objeto de masa m que se desplace en línea recta a una velocidad constante v se calcula de acuerdo a la siguiente fórmula:

E cinética = 1/2 mv2

Un ejemplo ilustrará el concepto de energía potencial. El planeta Tierra genera un campo gravitatorio que atrae a todos los cuerpos. Éstos po-seen una energía potencial en función de su posición relativa respecto de la superficie terrestre, que se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula: E potencial = mgh, siendo m la masa del cuerpo, g la aceleración de la gravedad y h, su posición relativa respecto de la superficie terrestre.

La suma de ambas energías, cinética y potencial se denomina energía me-cánica:

Energía mecánica = Energía cinética + Energía potencial

La energía interna o microscópica radica en la estructura de la materia, en las moléculas, los átomos y las partículas que la forman.

Según la forma o el sistema físico en que se manifieste se consideran dis-tintas formas de energía:

Energía mecánica, asociada al movimiento de una masa (cinética) o debida a que sobre dicha masa actúa una fuerza dependiente de la posición (potencial).

Energía eléctrica, asociada al flujo de cargas eléctricas o a su acu-mulación.

Energía electromagnética, transportada por las ondas electromag-néticas, y que puede interpretarse como la energía que transporta el fotón, la partícula asociada a las ondas electromagnéticas.

Energía térmica, que se puede entender como la energía cinética in-terna de las partículas, átomos y moléculas que forman un cuerpo. Se mide mediante la temperatura. El calor es la energía que se

transfiere de un cuerpo a otro en función de sus diferentes tempe-raturas.

Energía química, almacenada en los enlaces entre los átomos que forman las diversas moléculas.

Energía nuclear, que radica en el interior de los núcleos atómicos. Por último, la energía másica está contenida en toda masa en virtud

de su propia existencia. Einstein estableció en 1905 la fórmula: E = mc2 , que determina la cantidad de energía que queda libre al des-aparecer una cantidad de masa m y en la que la constante c es igual a 300.000 km/s, que es la velocidad de la luz en el vacío.

Las leyes de la Termodinámica.

Hemos visto que la energía puede transformarse de una forma a otra, de múltiples modos. La energía potencial acumulada se transforma en ener-gía cinética y viceversa. La energía química del combustible se transfor-ma, en un motor de explosión, en energía térmica y luego en energía me-cánica. La energía eléctrica se acumula en forma de energía química en una batería, mientras que la energía eléctrica puede convertirse en ener-gía mecánica en un motor eléctrico, por poner sólo algunos ejemplos.

Todas estas conversiones de la energía vienen determinadas por dos le-yes conocidas como Principios de la Termodinámica, que las limitan y que enunciadas de forma sencilla son:

1ª Ley de la Termodinámica: la energía ni se crea ni se destruye, só-lo puede transformarse de una de sus formas en otra. En otras pa-labras la energía total del Universo es constante. Se conoce tam-bién como Ley de Conservación de la Energía.

2ª Ley de la Termodinámica: la energía se degrada continuamente en energía térmica. Dicho de otro modo en cualquier conversión de energía nunca se puede obtener el 100% de eficacia, puesto que una parte se degrada indefectiblemente y se pierde en forma de ca-lor.

Ambas leyes tienen consecuencias fundamentales sobre las transforma-ciones de la energía. En primer lugar la Ley de Conservación de la Ener-gía nos dice que no puede obtenerse algo por nada; la cantidad de ener-gía obtenida en un proceso no puede ser superior a la invertida. Nunca podemos diseñar y fabricar ningún ingenio humano que produzca más energía de la que consume.

Por otro lado la 2ª Ley de la Termodinámica, nos indica que la calidad de la energía tiende siempre hacia una forma menos útil, lo que equivale a que el desorden en el Universo, tiende a crecer. Este desorden se asocia con un término físico denominado entropía. Esta tendencia al aumento de la entropía se manifiesta en que sin entradas de energía exteriores, los sistemas tienden hacia un mayor desorden. Por ejemplo, las creaciones humanas sin un adecuado mantenimiento tienden de forma natural a dis-gregarse y desaparecer y no al revés, a auto regenerarse. Otra forma de

verlo es que todos los sistemas tienden espontáneamente hacia la menor energía potencial, lo que implica abandonar calor hacia el exterior. Así, el agua siempre tiende a fluir ladera abajo, de forma natural.

Resumiendo las leyes de la Termodinámica nos dicen que es imposible obtener más energía de la que hemos invertido en un cierto proceso, e in-cluso que la cantidad de energía obtenida es siempre menor que la inver-tida porque indefectiblemente, una parte se degradará en forma de calor. Es posible que alcancemos mayores rendimientos en la conversión pero nunca podrán ser del 100%.

La energía en los ecosistemas naturales.

Por muy sofisticada y artificial que haya llegado a ser la vida de las socie-dades humanas su base se halla sostenida por los ecosistemas naturales. Nuestras existencias están situadas en el vértice de la pirámide ecológica, en cuya base está la energía del sol, que es fijada por las plantas y pasa después por diversos animales, para llegar al final de la cadena a noso-tros.

Un ecosistema puede definirse como un conjunto de varias especies de plantas, animales y microbios interactuando entre sí y con su medio am-biente. En realidad se trata de una porción de la Naturaleza aislada para su estudio Es posible considerar un ecosistema como un complejo siste-ma termodinámico que está abierto a su medio ambiente. Necesita ener-gía y materiales que toma del medio y a su vez devuelve en otras formas al mismo.

En la base se encuentra la energía proveniente del Sol, que es captada por las plantas verdes (organismos autótrofos), que usan la energía de la luz en el proceso de la fotosíntesis, para fabricar hidratos de carbono (glucosa) a partir del dióxido de carbono y el agua, generando oxígeno en el proceso:

Energía solar|V

6 CO2 + 6 H2O -----> C6H12O6 + 6 O2

La energía de la radiación electromagnética (luz) es absorbida por la clo-rofila y almacenada en forma de energía química en los enlaces de las moléculas de glucosa.

La glucosa producida en la fotosíntesis juega tres papeles en la planta:

a) Junto con el nitrógeno, el fósforo, el azufre y otros nutrientes minerales absorbidos del suelo y el agua se utiliza para generar proteínas, hidratos de carbono, etc. que constituyen el organismo de la planta.

b) La síntesis de estas moléculas y la absorción de los nutrientes implica un consumo de energía que se obtiene mediante la respiración celular:

C6H12O6 + 6 O2 -----> 6 CO2 + 6 H2O|V

Energia

c) Finalmente una porción de la glucosa se almacena en la planta para ne-cesidades futuras, en forma de almidón (hidratos de carbono) y aceites (lí-pidos).

En un estrato superior de la pirámide se encuentran los organismos que se han de alimentar de otros porque no son capaces de fijar la energía por sí mismos como hacen los autótrofos, son los denominados heterótrofos. En un primer lugar debemos considerar los organismos que se alimentan exclusivamente de vegetales (fitófagos). Por encima de ellos se encuen-tran los organismos que se alimentan de otros animales (carnívoros). Existen también algunos organismos como los humanos que pueden ali-mentarse de ambos simultáneamente. En un tercer lugar se hallan los or-ganismos que se alimentan de deshechos, materia muerta y cadáveres (detritívoros) y que en sus formas más pequeñas, bacterias y hongos, causan la desaparición de la materia orgánica y liberan sus componentes en el medio ambiente, por lo que reciben el apelativo de mineralizadores.

Podemos observar como en cada nivel, los organismos viven y se desa-rrollan tomando la energía y los materiales que precisan para su desarro-llo de otros organismos de un nivel inferior. En el proceso cada organis-mo absorbe una gran cantidad de energía, pero almacena una cantidad re-lativamente pequeña en las cadenas de sus moléculas. Como ya vimos antes, de acuerdo con el 2a Ley de la Termodinámica, como resultado de su metabolismo, han de ceder, gran cantidad de energía degrada al medio en forma de calor proveniente de la respiración celular. De este modo el ecosistema se ve atravesado por un flujo constante de energía.

Dos conceptos importantes que hay que manejar son la biomasa y la pro-ductividad. La primera se define como la masa de los organismos vivos expresada en masa de materia seca o como el equivalente energético por unidad de superficie (toneladas / hectárea o kilocalorías / m2). La produc-tividad es la cantidad de materia viva elaborada en un periodo dado por una biomasa.

Desde el punto de vista de la energía, estas laminas muestran de manera represen-tativa, como todos los seres vivientes forman parte de una cadena interminable, en que cada uno juega un papel determinante para el desarrollo de la vida en nuestro planeta de forma perfecta y armónica.

Definición de ecosistema  

Los ecosistemas son sistemas complejos como el bosque, el río o el lago, formados por una trama de elementos físicos (el biotopo) y biológicos (la biocenosis o comunidad de organismos)

El ecosistema es el nivel de organización de la naturaleza que interesa a la ecología. En la naturaleza los átomos están organizados en moléculas y estas en células. Las células forman tejidos y estos órganos que se reúnen en sistemas, como el digestivo o el circula-torio. Un organismo vivo está formado por varios sistemas anatómico-fisiológicos ínti-mamente unidos entre sí. 

Figura 4-1 > Niveles de organización en la naturaleza

La organización de la naturaleza en niveles superiores al de los organismos es la que in-teresa a la ecología. Los organismos viven en poblaciones que se estructuran en comu-

nidades. El concepto de ecosistema aún es más amplio que el de comunidad porque un ecosistema incluye, además de la comunidad, el ambiente no vivo, con todas las caracte-rísticas de clima, temperatura, sustancias químicas presentes, condiciones geológicas, etc. El ecosistema estudia las relaciones que mantienen estre sí los seres vivos que com-ponen la comunidad, pero también las relaciones con los factores no vivos.

Unidad de estudio de la Ecología

El ecosistema es la unidad de trabajo, estudio e investigación de la Ecología. Es un sistema complejo en el que interactúan los seres vivos entre sí y con el conjunto de factores no vivos que forman el ambien-te: temperatura, sustancias químicas presentes, clima, características geológicas, etc.

La ecología estudia a la naturaleza como un gran conjunto en el que las condiciones físicas y los seres vivos interactúan entre sí en un complejo entramado de relaciones. 

En ocasiones el estudio ecológico se centra en un campo de trabajo muy local y específico, pero en otros casos se interesa por cuestiones muy generales. Un ecólogo puede estar estudiando como afectan las condiciones de luz y temperatura a las encinas, mientras otro estudia como fluye la energía en la selva tropical; pero lo específico de la ecología es que siempre estudia las relaciones entre los organismos y de estos con el medio no vivo, es decir, el ecosistema.

Ejemplos de ecosistemas.- La ecosfera en su conjunto es el ecosistema mayor. Abar-ca todo el planeta y reúne a todos los seres vivos en sus relaciones con el ambiente no vivo de toda la Tierra. Pero dentro de este gran sistema hay subsistemas que son ecosis-temas más delimitados. Así, por ejemplo, el océano, un lago, un bosque, o incluso, un árbol, o una manzana que se esté pudriendo son ecosistemas que poseen patrones de funcionamiento en los que podemos encontrar paralelismos fundamentales que nos per-miten agruparlos en el concepto de ecosistema.

Funcionamiento del ecosistema

El funcionamiento de todos los ecosistemas es parecido. Todos necesitan una fuente de energía que, fluyendo a través de los distintos componentes del ecosistema, mantiene la vida y moviliza el agua, los minerales y otros componentes físicos del ecosistema. La fuente primera y principal de energía es el sol.

En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento continuo de los materiales. Los diferentes elementos químicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven, cerrándose el ciclo, al suelo o al agua o al aire. 

En el ecosistema la materia se recicla -en un ciclo cerrado- y la energía pasa - fluye- ge-nerando organización en el sistema.

Figura 4-2 > Ciclo energético del ecosistema

Estudio del ecosistema

Al estudiar los ecosistemas interesa más el conocimiento de las relaciones entre los ele-mentos, que el cómo son estos elementos. Los seres vivos concretos le interesan al ecó-logo por la función que cumplen en el ecosistema, no en sí mismos como le pueden in-teresar al zoólogo o al botánico. Para el estudio del ecosistema es indiferente, en cierta forma, que el depredador sea un león o un tiburón. La función que cumplen en el flujo de energía y en el ciclo de los materiales son similares y es lo que interesa en ecología. 

Como sistema complejo que es, cualquier variación en un componente del sistema re-percutirá en todos los demás componentes. Por eso son tan importantes la s relaciones que se establecen.

Los ecosistemas se estudian analizando las relaciones alimentarias, los ciclos de la materia y los flujos de energía.

 a) Relaciones alimentarías.-

La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra desde el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica.

Figura 4-3 > Ejemplo de cadena trófica

Las redes de alimentación (reunión de todas las cadenas tróficas) comienzan en las plan-tas (productores) que captan la energía luminosa con su actividad fotosintética y la convierten en energía química almacenada en moléculas orgánicas. Las plantas son de-voradas por otros seres vivos que forman el nivel trófico de los consumidores prima-rios (herbívoros). 

La cadena alimentaria más corta estaría formada por los dos eslabones citados (ej.: ele-fantes alimentándose de la vegetación). Pero los herbívoros suelen ser presa, general-mente, de los carnívoros (depredadores) que son consumidores secundarios en el eco-sistema. Ejemplos de cadenas alimentarias de tres eslabones serían: 

hierba vaca hombre 

algas krill ballena.

Las cadenas alimentarias suelen tener, como mucho, cuatro o cinco eslabones - seis constituyen ya un caso excepcional-. Ej. de cadena larga sería: 

algas rotíferos tardigrados nemátodos musaraña autillo

 Pero las cadenas alimentarias no acaban en el depredador cumbre (ej.: autillo), sino que como todo ser vivo muere, existen necrófagos, como algunos hongos o bacterias que se alimentan de los residuos muertos y detritos en general (organismos descomponedores o detritívoros). De esta forma se soluciona en la naturaleza el problema de los resi-duos. 

Los detritos (restos orgánicos de seres vivos) constituyen en muchas ocasiones el inicio de nuevas cadenas tróficas. Por ej., los animales de los fondos abisales se nutren de los detritos que van descendiendo de la superficie.

Las diferentes cadenas alimentarias no están aisladas en el ecosistema sino que forman un entramado entre sí y se suele hablar de red trófica.

Una representación muy útil para estudiar todo este entramado trófico son las pirámi-des de biomasa, energía o nº de individuos. En ellas se ponen varios pisos con su anchu-ra o su superficie proporcional a la magnitud representada. En el piso bajo se sitúan los productores; por encima los consumidores de primer orden (herbívoros), después los de segundo orden (carnívoros) y así sucesivamente. 

Figura 4-4 > Pirámide de energía de una cadena trófica acuática

 b) Ciclos de la materia.-

Los elementos químicos que forman los seres vivos (oxígeno, carbono, hidrógeno, ni-trógeno, azufre y fósforo, etc.) van pasando de unos niveles tróficos a otros. Las plan-tas los recogen del suelo o de la atmósfera y los convierten en moléculas orgánicas (glú-cidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Los animales los toman de las plantas o de otros animales. Después los van devolviendo a la tierra, la atmósfera o las aguas por la respiración, las heces o la descomposición de los cadáveres, cuando mueren. De esta forma encontramos en todo ecosistema unos ciclos del oxígeno, el carbono, hidrógeno, nitrógeno, etc. cuyo estudio es esencial para conocer su funcionamiento.

 c)Flujo de energía

El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va pasan-do de un nivel al siguiente. La energía fluye a través de la cadena alimentaria sólo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los productores a los descomponedo-res. La energía entra en el ecosistema en forma de energía luminosa y sale en forma de energía calorífica que ya no puede reutilizarse para mantener otro ecosistema en funcio-

namiento. Por esto no es posible un ciclo de la energía similar al de los elementos quí-micos.

Productores secundarios

Los productores secundarios son todo el conjunto de animales y detritívoros que se ali-mentan de los organismos fotosintéticos. 

Los herbívoros se alimentan directamente de las plantas, pero los diferentes niveles de carnívoros y los detritívoros también reciben la energía indirectamente de las plantas, a través de la cadena trófica.

Uso de la energía por los animales

Los animales obtienen la energía para su metabolismo de la oxidación de los alimentos (respiración), pero no todo lo que comen acaba siendo oxidado. Parte se desecha en las heces o en la orina, parte se difunde en forma de calor, etc. La repartición de energía en un animal es:    

Figura 4-5 >Repartición de energía en un animal

 Así, por ejemplo, una ardilla se alimenta de piñones, que son la energía bruta que intro-duce en su sistema digestivo, pero deja como residuos todo el resto de la piña (energía no utilizada). De los piñones que ha comido parte se elimina en las heces y sólo los nu-trientes digeribles pasan a la sangre para ser distribuidos entre las células. De esta ener-gía parte se elimina en la orina y sólo el resto se utiliza para el metabolismo. Parte de la energía metabólica se emplea para mantener su organismo vivo y activo y parte (pro-ducción secundaria neta) para crecer o reproducirse.

La mayor parte de la energía absorbida se utiliza en el mantenimiento o se pierde a tra-vés de las heces. Sólo una pequeña parte se convierte en producción secundaria (aumen-

to de peso del animal o nuevas crías). Sólo una fracción insignificante de la energía puesta en juego en la biosfera circula por las estructuras más complejas de la vida, las de los animales superiores.

Figura 4-6 > Ciclo energético

Por este moti-vo, las bioma-sas de los ni-veles tróficos decrecen rápi-damente a medida que aumenta el ni-vel. Así, por ejemplo, con 8 toneladas de hierba se ali-

menta una tonelada de vacas, y con una tonelada de vaca se alimenta una persona de unos 48 kg.     

En ecosistemas acuáticos, cuando la diferencia de tasa de renovación entre dos niveles tróficos sucesivos es muy grande, no se produce esta reducción de la biomasa. Así suce-de en algunos sistemas planctónicos en los que la masa de fitoplancton se puede dupli-car en 24 horas y 1 kg de fitoplancton puede alimentar a más de 1 Kg de zooplancton.

Figura 4-8 > Pirámide de flujo de energía de alta calidad

Detritívoros (Descomponedores)

Dentro del grupo de los productores secundarios, además de los animales grandes y lon-gevos, está el grupo de los detritívoros o descomponedores, formado fundamentalmente por los hongos y las bacterias.

Son muy pequeños, están en todas partes, con poblaciones que se multiplican y se des-vanecen con rapidez. Desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía son despilfarradores y aprovechan poco la energía: su eficiencia es pequeña. 

Los descomponedores tienen gran importancia en la asimilación de los restos del resto de la red trófica (hojarasca que se pudre en el suelo, cadáveres, etc.). Son agentes nece-sarios para el retorno de los elementos, que si no fuera por ellos se irían quedando acu-mulados en cadáveres y restos orgánicos sin volver a las estructuras vivas. Gracias a su actividad se cierran los ciclos de los elementos. 

En los ecosistemas acuáticos abundan las bacterias. Los hongos son muy importantes en la biología del suelo. Su biomasa supera frecuentemente la de los animales del ecosiste-ma. La biomasa bacteriana de los ecosistemas terrestres está comprendida habitualmen-

te entre 0,2 y 15 g C/m2 (la de los animales raramente sobrepasa 2 g C/m2), y en los ecosistemas acuáticos oscila entre 0,1 y 10 g C/m2.