COMPONENTES ESTRUCTURALES

 

EL ECOSISTEMA: ESTRUCTURA

El ecosistema.

Un ecosistema es una comunidad de organismos que se autorregulan y sobreviven interactuando con el medio físico dentro de un espacio geográfico definido. Ecos se refiere al conjunto de organismos vivos en un ambiente particular, y sistema a los procesos necesarios para mantener la integridad de ese ambiente a través de un balance complejo.

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 circulatorio. Un organismo vivo está formado por varios sistemas anatómico-fisiológicos íntimamente unidos entre sí.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN LA NATURALEZA

La organización de la naturaleza en niveles superiores al de los organismos es la que interesa a la ecología. Los organismos viven en poblaciones que se estructuran en comunidades. 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 características de clima, temperatura, sustancias químicas presentes, condiciones geológicas, etc. El ecosistema estudia las relaciones que mantienen entre sí los seres vivos que componen la comunidad, pero también las relaciones con los factores no vivos.

La ecosfera en su conjunto es el ecosistema mayor. Abarca 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 ecosistemas 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 permiten agruparlos en el concepto de ecosistema.

Componentes del ecosistema.

Los ecosistemas están conformados por elementos no vivos o componentes abióticos, la abiota, y por componentes vivos o bióticos, la biota. Estos interactúan para proveer los materiales y la energía necesarios para que los organismos sobrevivan.

Abiota

La abiota se compone por la energía, la materia (nutrientes y elementos químicos) y los factores físicos como la temperatura, la humedad, el rocío, la luz, el viento y el espacio disponible.

El comportamiento de la energía es explicado por dos leyes conocidas como leyes de la termodinámica. La primera ley dice que la energía puede ser trasformada de una forma (como la luz) a otra (como alimento o biomasa), mas nunca puede ser creada o destruida. La segunda ley dice que ningún proceso que involucra la transformación de la energía puede ocurrir a menos que exista degradación de esa energía de una forma concentrada(como gasolina) hacia una forma dispersa(como el calor).

La Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un espacio. Es el sustento de la vida. Los animales, plantas y minerales están compuestos de materia.

Todas la materia esta formada por los elementos, que son sustancias que no pueden ser trasformadas en otras más simples por medios químicos. Cada uno tiene un nombre y es representado por un símbolo. Entre los mas familiares están el oxigeno (O), el carbono (C), el nitrógeno (N) y el hidrogeno (H).

De acuerdo con la ley de la conservación de la materia, durante los cambios físicos y químicos la materia no se crea ni se destruye. No obstante, la forma si puede ser cambiada o desplazada de un sitio a otro.

El carbono, el oxigeno, el hidrogeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre constituyen a los macronutrientes, los cuales son los elementos esenciales con los que los organismos vivos construyen proteínas, grasas y carbohidratos o azucares. Estos seis elementos conforman los complejos orgánicos encontrados en todos los seres vivientes. Junto a estos se encuentran los micronutrientes, los cuales son sustancias traza necesarias, como el cobre, el zinc, el selenio y el litio, y son regulados por ciclos junto con los macronutrientes para que estén disponibles en el medio físico.

Biota

La biota esta compuesta por los organismos vivos de un ecosistema, los cuales se dividen en dos categorías generales: los autótrofos y los heterótrofos. Esta distinción se basa en sus necesidades nutricionales y el tipo de alimentación.

Los autótrofos o productores son organismos capaces de producir su propio alimento. Auto, “a si mismo”; trophos, “nutrición”.

Los fotótrofos los constituyen la mayoría de las plantas verdes y algas que emplean la energía solar para convertir elementos químicos relativamente simples, como el dióxido de carbono, el agua y nutrientes, en compuestos complejos (carbohidratos, lípidos y proteínas). Los quimiótrofos convierten los compuestos inorgánicos en energía, por ejemplo, las bacterias que viven en el fondo del mar alrededor de ventilas termales, las cuales utilizan la energía del hidróxido de sulfato para su nutrición.

Los heterótrofos o consumidores son aquellos que comen partes de células, tejidos o materiales de desecho orgánico de otros organismos para su subsistencia. Los heterótrofos obtienen la energía química necesaria en forma directa o indirecta de los autótrofos, y por tanto, de manera indirecta del sol.

Los macroconsumidores ingieren partes y cuerpos enteros, vivos o muertos, de otros, de otros organismos; aquí se incluyen los herbívoros o consumidores primarios, los carnívoros o consumidores secundarios, los omnívoros o consumidores terciarios, y los detritívoros o consumidores de detritus (materia orgánica en proceso de descomposición, partes de tejidos y desechos).

ENERGÍA

Es tal vez el fuego es la manifestación más potente de la energía. De la importancia de su aparición en la vida humana dan cuenta multitud de vestigios arqueológicos, y las antiguas leyendas narran su procedencia divina y cómo el robo de una antorcha encendida, cometida por el héroe Promoteo, proporcionó al hombre el poder de dominar la naturaleza.

Cuando se piensa en grandes cantidades de energía, se recuerda la bomba de hidrógeno. Sin embargo, incluso la inmensa energía de la bomba es pequeña comparada con la energía del sol, de un huracán tropical o de las mareas. En un día, los Estados Unidos reciben tanta energía del Sol como la que darían más de un millar de bombas H.

La energía de los huracanes o de las mareas implica moviento. Y, qué hay con relación a la energía del Sol? Ciertamente, no se percibe movimiento cuando los rayos solares entibian nuestra piel o iluminan el paisaje. Pero es el calor del Sol el que mueve los vientos de un huracán. Es evidente que la energía puede aparecer en más de una forma.

Gran parte de la historia de la civilización puede escribirse en función del uso y dominio crecientes de la energía.

En el eclipse total de sol del día 29 de mayo de 1919 unos astrónomos ingleses, en Sobral, Brasil, comprobaron que un rayo de luz que se propaga desde una estrella lejana, a la Tierra, cuando pasa cerca del Sol, se desvía hacia él por su acción gravitatoria. Esto quiere decir que la luz tiene masa y, en consecuencia, todas las clases de energía tienen masa.

La energía es la capacidad que poseen los cuerpos y sistemas para realizar un trabajo. Esta propiedad se evidencia en formas diversas que pueden transformarse e interrelacionarse.

Un trabajo efectuado sobre un cuerpo o sistema de cuerpos supone un aumento de su energía. Así, el curvar un arco o someter a torsión un muelle, se almacena en ellos energía en forma elástica que se pone de manifiesto al lanzar la flecha o desenrollar el muelle. En este proceso se produce sólo cesión de energía entre los componentes del sistema, de modo que el balance global es nulo. Este fenómeno, conocido como principio de conservación de la energía no se crea ni se destruye, sufriendo únicamente transformaciones de unos estados a otros, y constituyó uno de los axiomas de la física hasta que fue superado tras la aparición de las teorías relativistas de Albert Einstein.

TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA.

A finales del siglo XVII, Isaac Newton sentó las bases de un nuevo concepto de la física e ideó la noción de fuerza como una magnitud que provocaba los movimientos de los cuerpos. Sin embargo, sus herederos ideológicos sustituyeron las fuerzas por la energía a ellas asociadas como causas primigenias de los hechos físicos. Según estos principios , los intercambios de energía entre los distintos sistemas son responsables de estos fenómenos y se manifiestan en diversas formas convertibles entre sí.

Un sistema ideal que no sufriera pérdidas constituiría un movil perpetuo, ya que su energía generaría un trabajo permanente. En la realidad, tales sistemas no existen, y las pérdidas energéticas se traducen en emisión de calor. Por ello se dice que el calor es la forma más degradada de la energía y no es recuperable para el sistema; en consecuencia, no resulta transformable.

El siglo XX presenció el nacimiento de una nueva teoría que obligó a modificar sustancialmente el concepto de energía y de sus relaciones de intercambio entre los cuerpos. La relatividad física, defendida por Einstein, observa la energía y la masa como diversas manifestaciones de un propiedad única, con lo que altera el tradicional principio de conservación. Así, la energía puede pasar a otros estados e incluso convertirse en masa, y a la inversa. Einstein, afirmó que toda clase de energía tiene masa determinada, y demostró que masa y energía son equivalentes; la propiedad llamada masa es, simplemente, energía concentrada. En otras palabras, materia es energía y energía es materia.

PRINCIPALES FORMAS DE ENERGIA

Energía Mecánica.

Por ejemplo, aquella que poseen los cuerpos en movimiento, o bien la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna.

Energía Electromagnética.

Generada por campos electrostáticos, campos magnéticos o bien por corrientes eléctricas.

Energía Química.

Se origina por las reacciones químicas entre las sustancias; proporciona capacidad para efectuar un trabajo, por ejemplo: la dinamita, una batería de automóvil, una pila para radio, etcétera.

Energía Metabólica.

Es la generada por los organismos vivos gracias a procesos químicos de oxidación como producto de los alimentos que ingieren.

Energía calórifica.

Es la que se transmite entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. La proporciona el calor; por ejemplo, una parrilla eléctrica, el vapor para mover una locomotora, etcétera. El calor también tiene por efecto cambiar el estado de los cuerpos y, al aumentar su temperatura, los sólidos se vuelven líquidos (fusión) y los líquidos hierven (ebullición) y se evaporan. No hay que olvidar que la energía adopta sucesivamente varias formas antes de convertirse en calor, que es una forma degradada de energía.

Energía eléctrica .

Es la que se produce por el movimiento de electrones a través de un conductor. mueve máquinas, enciende lámparas, calentadores, motores, etcétera, es originada por un flujo de electrones a través de un conductor eléctrico. Se puede obtener energía eléctrica a través de cualquier otra forma de energía. Prácticamente se explota la energía hidráulica de saltos y ríos, o bien la energía térmica de la combustión de hidrocarburos; incluso la energía solar se aprovecha para suministrar electricidad a. ingenios espaciales. El único inconveniente que presenta la energía eléctrica es no tener un medio cómodo para almacenaría.

La energía cinética es la derivada del movimiento de las partículas materiales, mientras que la energía poseída por los cuerpos en virtud de sus posiciones o configuraciones se conoce como potencial. Un martillo, por ejemplo, utliza su energía cinética para vencer las fuerzas de rozamiento que se oponen a la penetración del clavo. Sin embargo, los saltos de agua transforman la diferencia de energía potencial, debida a las distintas alturas o distintas con respecto al centro de la Tierra, energía eléctrica.

Tradicionalmente, se diferencia la energía cinética de traslación, provocada por la velocidad lineal de un cuerpo, de la rotación de los sólidos en torno a un eje. Asimismo, la energía potencial puede ser de naturaleza gravitatoria, elástica, magnética, eléctrica, química, etc.

La comporación de todos estos tipos de energía se realiza a través del trabajo mecánico consumido en la producción de cada una de ellas. La física experimental ha demostrado que una cantidad dada de energía corresponde siempre al mismo trabajo, definido como su equivalente mecánico.

FUENTES DE ENERGÍA

En el ámbito de la física, se diferencia una ingente variedad de procesos capaces de generar energía en alguna de sus manifestaciones. Sin embargo, las fuentes clásicas de energía utilizadas por la industria han sido de origen térmico, químico o eléctrico, recíprocamente intercambiables entre sí y transformables en energía mecánica.

Las fuentes de energía se pueden clasificar en:

1.- Renovables.2.- No Renovables.

Fuentes de Energía Renovables:

Las energías renovables son aquellas que llegan en forma contínua a la Tierra y que a escalas de tiempo real parecen ser inagotables.

Son fuentes de energía renovable:

Energía Hidráulica:

Es aquella energía obtenida principalmente de las corrientes de agua de los ríos. El agua de un río se almacena en grandes embalses artificiales que se ubican a gran altura respecto de un nivel de referencia. El agua adquiere una importante cantidad de energía potencial (aquella que poseen los cuerpos que se encuentran a cierta altura). Posteriormente, el agua se deja caer por medio de ductos, por lo tanto toda su energía potencial se forma en energía cinética (aquella que posee un cuerpo gracias a su estado de movimiento). La energía cinética de las caídas de agua se aprovecha, por ejemplo, para mover turbinas generadoras de electricidad, tal es el principio de las Centrales Hidroeléctricas.

Energía Solar:

Es la energía que llega a la Tierra proveniente de la estrella más cercana a nuestro planeta: El Sol. Esta energía abarca un amplio espectro de Radiación Electromagnética, donde la luz solar es la parte visible de tal espectro.

La energía solar es generada por la llamada Fusión Nuclear que es la fuente de vida de todas las estrellas del Universo.

El hombre puede transformar la energía solar en energía térmica o eléctrica. En el primer caso la energía solar es aprovechada para elevar la temperatura de un fluido, como por ejemplo el agua, y en el segundo caso la energía luminosa del sol transportada por sus fotones de luz, incide sobre la superficie de un material semiconductor (ej: el silicio), produciendo el movimiento de ciertos electrones que componen la estructura atómica del material. Un movimiento de electrones produce una corriente eléctrica que se puede utilizar como fuente de energía de componentes eléctricos o bien electrónicos. Es el caso del principio de funcionamiento de las calculadoras solares.

Energía Eólica

Esta energía es producida por los vientos generados en la atmósfera terrestre. Se puede transformar en energía eléctrica mediante el uso de turbinas eólicas que basan su funcionamiento en el giro de aspas movidas por los vientos. Bajo el mismo principio se puede utilizar como mecanismo de extracción de aguas subterráneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura.

Al igual que la energía solar se trata de un tipo de energía limpia, la cual sin embargo presenta dificultades, pues no existen en la naturaleza flujos de aire constantes en el tiempo, más bien son dispersos e intermitentes.

Este tipo de energía puede ser de gran utilidad en regiones aisladas, de difícil acceso, con necesidades de energía eléctrica, y cuyos vientos son apreciables en el transcurso del año.

Biomasa

Esta energía se obtiene de ciertos compuestos orgánicos que se han producido en el tiempo por procesos naturales, es decir, producto de transformaciones químicas y biológicas sobre algunas especies vegetales o bien sobre ciertos materiales. Un ejemplo de tal proceso lo constituyen los residuos forestales, los residuos de la agricultura y los residuos domésticos. Estos residuos se transforman con posterioridad en combustibles. En el caso de los residuos domésticos es necesario como paso previo a la obtención de energía, un plan amplio para la adecuada clasificación de las basuras y su posterior reciclaje.

Energía Mareomotriz

Es la energía obtenida del movimiento de las mareas y las olas del mar. El Movimiento de mareas es generado por la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna. Tal movimiento se utiliza para traspasar energía cinética a generadores de electricidad.

La gran dificultad para la obtención de este tipo de energía es su alto costo y el establecimiento de un lugar apto geográficamente para confinar grandes masas de agua en recintos naturales.

Fuentes de Energía No Renovables

Son fuentes de energía no renovables aquellas que se encuentran en forma limitada en nuestro planeta y se agotan a medida que se les consume.

Son fuentes de energía no renovables :

El Carbón

Es un combustible fósil, formado por la acumulación de vegetales durante el Periodo Carbonífero de la era Primaria de nuestro planeta. Estos vegetales a lo largo del tiempo han sufrido el encierro en el subsuelo terrestre, experimentando cambios de presión y temperatura lo que ha posibilitado la acción de reacciones químicas que los han transformado en variados tipos de carbón mineral.

El Petróleo

Es un aceite natural de origen mineral constituido por una mezcla de hidrocarburos. Estos hidrocarburos se producen por antiguos restos de organismos vegetales, organismos acuáticos y organismos vivos depositados en las profundidades de la corteza terrestre en forma de sedimentos.

El Gas Natural

Es una mezcla de gases combustibles depositados en forma natural en el subsuelo de la Tierra y que poseen un gran poder calorífico. En ocasiones los yacimientos de gas natural se encuentran acompañados por yacimientos de petróleo.

El principal componente del gas natural es el metano y en menor proporción los gases de etano, propano y butano.

Energía Geotérmica

Energía contenida también en el interior de la Tierra en forma de gases. Al ser extraída se presenta en forma de gases de alta temperatura (fumarolas), en forma de vapor y agua hirviendo (geyser) y en forma de agua caliente (fuentes termales).

Energía Nuclear

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía, debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar en base a la relación Masa-Energía, producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.

En relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química, por ejemplo, la generada por la combustión del combustible fósil del metano.

La energía nuclear, inmersa en una fuerte controversia por los peligros de su utilización militar y lo delicado de su mantenimiento, ha experimentado un fuerte avance en la segunda mitad del siglo XX. Fenómeno natural en la formación del universo, la magnitud de las energías desprendidas en el curso del proceso lo convierten en altamente nocivo para el organismo humano, por lo que es preciso mantener complejos sistemas de seguridad. Existen dos procedimientos fundamentales de obtención de energía nuclear: la fisión de elementos ligeros para dar átomos más complejos. La enorme cantidad de energía resultante procede de la transformación de parte de la masa, tal y como vaticinó Einstein en su teoría de la relatividad. Las centrales nucleares suelen tener un aprovechamiento eléctrico, aunque pueden ser empleadas también como fuentes térmicas.

La energía térmica o calorífica procede de la combustión de diversos materiales, y puede convertirse en mecánica a través de un serie de conocidos mecanismos: las máquinas de vapor y los motores de combustión interna aprovechan el choque de moléculas gaseosas sometidas a altas temperaturas para impulsar émbolos, pistones y cilindros; las turbinas de gas utilizan una mezcla de aire comprimido y combustible para mover sus álabes; y los motores de reacción se basan en la eyección brusca y a gran velocidad de los productos de la reacción por una tobera. El primitivo combustible, la madera, fue sustituido a lo largo de las sucesivas innovaciones industriales por el carbón, los derivados del petróleo y el gas natural. En determinadas regiones y períodos históricos se emplearon también desechos agrícolas para tal fin.

Ciertas reacciones químicas desprenden energía aprovechable como resultado de sus interacciones moleculares. Aparte de las reacciones de combustión, en las que las sustancias se queman al entrar en contacto con el oxígeno y cuyo ámbito puede encuadrarse dentro de las fuentes térmicas, la energía que interviene en ciertos procesos en disoluciones ácidas y básicas o sales puede recogerse en forma de corriente eléctrica. Puede asimismo verificarse el proceso inverso. En ello radica el fundamento de las pilas y los acumuladores.

La energía eléctrica, por su parte, se produce principalmente a partir de transformaciones de otras formas de energía, como la hidráulica, la térmica y la nuclear. El movimiento del agua o el empuje del vapor accionan las turbinas que ponen en funcionamiento el rotor de dinamos o alternadores para producir la corriente eléctrica. Este tipo de energía presenta como principales ventajas su fácil transporte y su bajo precio, y constituye quizá la forma más extendida en el uso cotidiano. Los motores eléctricos son los principales dispositivos de conversión de esta energía en su manifestación mecánica.

Las crisis energéticas ocurridas a lo largo de la segunda mitad del siglo XX supusieron nuevos planteamientos de búsqueda de energías. Así, se han registrado dos tendencias aparentemente opuestas: los proyectos e inversiones destinados a dominar los procesos de reacción nuclear y los sistemas de aprovechamiento de energías naturales no contaminantes, entre las que destacan la hidráulica, la solar, la eólica y la geotérmica. Como resultado de estas nuevas preocupaciones se ha alcanzado un mayor índice de aprovechamiento de los recursos terrestres y marítimos de determinadas regiones del planeta.

La energía hidráulica, aprovechada desde hace mucho tiempo, ofrece amplias posibilidades fluviales y marítimas. Las cascadas, los saltos de agua y la enorme fuerza de las mareas constituyen claras muestras de potenciales de fuente de energía. Así, mientras las presas y pantanos han servido para

almacenar agua y energía transformable fácilmente en eléctrica, las mareas no han encontrado, dada la complejidad de su mecanismo, soluciones eficaces a su aprovechamiento.

Los molinos y los barcos de vela sirvieron con profusión a lo largo de la historia de uno de los tipos primarios de energía, la eólica, producida por el viento. Esta manifestación energética, directamente cinética al ser provocada por el movimiento del aire, posee un grado de rendimiento bajo y es de utilización insegura y no uniforme, aunque de escaso costo.

La energía solar representa el modelo más característico de fuente renovable. A pesar de sus recursos prácticamente ilimitados, al tomarse directamente de la radiación solar, el aprovechamiento energético no alcanza rendimientos equiparables a los de otras fuentes.

El procedimiento de recogida de esta energía en cuerpos situados detrás de cristales recibe el nombre de captación por efecto invernadero y tiene como finalidad última la producción de energía calorífica. Este mecanismo es de importante utilidad en la calefacción doméstica. Otros dispositivos permiten transformar la energía solar en eléctrica. Las fuentes termales naturales y las fuerzas telúricas generadas en el interior de la corteza terrestre constituyen formas energéticas de díficil aprehensión. La investigación científica sobre la utilidad de tales fenómenos en la industria se halla aún en un período de iniaciación.

Ley de la conservación de la energía.

La energía no puede ser creada ni destruida, pero puede ser transformada de una forma en otra.

Esta misma ley puede ser aplicada a la materia, puesto que ésta puede ser convertida en energía.

Cuando un rápido automóvil choca contra una pared de ladrillos, el vehículo termina en reposo y también, al fin, los ladrillos de la pared. La energía mecánica del automóvil se ha convertido en energía térmica, de modo que el metal del auto, el caucho de las llantas, el suelo y los ladrillos de la pared, están ahora un poco más calientes que antes.

Al tocar un clavo que se ha estado martillando, se demuestra que la energía mecánica se ha transformado en energía térmica. En la mayoría de los casos, donde parece que ha desaparecido energía, se puede encontrar que la energía perdida se ha convertido en calor y, ese calor es otra forma de la energía, por lo tanto, la energía se conserva.

La degradación de la energía

La experiencia demuestra que conforme la energía es utilizada para promover cambios en la materia pierde capacidad para ser empleada nuevamente. El principio de la conservación de la energía hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de la energía, la cual está relacionada con la posibilidad de ser utilizada. Así, una cantidad de energía concentrada en un sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se halle dispersa.

Aun cuando la cantidad de energía se conserva en un proceso de transformación, su calidad disminuye. Todas las transformaciones energéticas asociadas a cambios materiales acaban antes o después en energía térmica; ésta es una forma de energía muy repartida entre los distintos componentes de la materia, por lo que su grado de aprovechamiento es menor. Este proceso de pérdida progresiva de calidad se conoce como degradación de la energía y constituye otra de las características de esta magnitud o atributo que han identificado los físicos para facilitar el estudio de los sistemas materiales y de sus transformaciones

Termodinámica

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La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" 1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" 2 ) es una rama de la química que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas a un nivel

microscópico. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre dos sistemas diferentes. Para tener un mayor manejo especificaremos que calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo. También se postula la existencia de una magnitud llamada entropía, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Éstas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.

Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros. Los resultados de la termodinámica son esenciales para la química, la física, la ingeniería química, etc, por nombrar algunos.

Leyes de la termodinámica [editar]

Primera ley de la termodinámica [editar]

Artículo principal: Primera ley de la termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Eentra − Esale = ΔEsistema

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

U = Q − W

Segunda ley de la termodinámica [editar]

Artículo principal: Segunda ley de la termodinámica

Esta ley regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, La Segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.

Enunciado de Clausius [editar]

Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el volumen.

En palabras de Sears es: "No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada".

Enunciado de Kelvin [editar]

No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una única fuente y lo convierta íntegramente en trabajo.Enunciado de Kelvin-Planck.

Otra interpretación [editar]

Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiente. Debido a esto podemos concluir que el rendimiento energético de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo siempre será menor a la unidad y ésta estará más próxima a la unidad cuanto mayor sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, cuanto mayor sea el rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el impacto en el ambiente, y viceversa.

Tercera ley de la termodinámica [editar]

Artículo principal: Tercera ley de la termodinámica

La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.

Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.

Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencias.

Ley cero de la termodinámica [editar]

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x e y) no son dependientes del tiempo. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas termicas y dinamicas del sistema.

A este principio se le conoce qmo el equilibrio termico.

La Cadena Alimenticia

Fig.1

Observa la Figura 1 : Relaciona, Compara y Marca la Respuesta Correcta.

1.-HAY MAYOR VARIEDAD DE VEGETALES EN EL:a) DESIERTO b) VALLE c) PUNA d) ESTANQUE2.-EN UNA AREA DETERMINADA DONDE HABITAN 1540 VICUÑAS, EN UN AÑO NACIERON 385 VICUÑAS Y MURIERON 77 ¿CUÁL ES EL PORCENTAJE DE NATALIDAD Y CUAL DE MORTALIDAD? A- a) 34% b) 20% c) 25% d) 30%B- a) 10% b) 3% c) 8% d) 5%3.-EL OXIGENO ELEMENTO DEL AIRE SE ENCUENTRA EN MAYOR PORCENTAJE EN: a) CHOSICA b) HUASCARAN c) PUCUSANA d) CUSCO4.-EL CONDOR SE ALIMENTA DE:a) AVES b) REPTILES c) PLANTAS d) ANIMALES MUERTOS

I.-CADENA ALIMENTICIA:En la naturaleza los seres vivos se encuentran íntimamente correlacionados en lo referente a la búsqueda de alimentos, protección y reproducción. En los animales existe competencia por el alimento y muchos deben cuidarse de no ser devorados. En cambio entre las plantas solo necesitan de agua, luz, suelo rico en minerales y aire. Es por eso que el equilibrio existente en el medio ambiente está en las relaciones alimenticias. Los alimentos pasan de un ser a otro en una serie de actividades reiteradas de comer y ser comido. Lo cual es en síntesis la cadena alimenticia que tiene como máximo cuatro o cinco eslabones. El equilibrio natural es la interdependencia total de los seres vivos entre sí y con el medio que lo rodea. El hombre forma parte de este equilibrio y no puede independizarse del él. La cadena alimenticia es el continuo proceso del paso de alimentos de un ser a

otro al comer y ser comido.La base de la cadena es el mundo inorgánico constituido por: suelo, agua, aire y energía solar.

II.- ESLABONES DE LA CADENA ALIMENTICIA. (Fig.1)

Primer Eslabón .- Lo constituyen las plantas verdes que producen alimentos mediante la fotosíntesis, por producir los alimentos que pasarán luego a través de toda cadena, las plantas reciben el nombre de PRODUCTORES.

Segundo Eslabón.-Lo constituyen los animales herbívoros llamados consumidores de primer orden. Estos dependen de los productores por que se alimentan de plantas, toman la energía solar acumulada en forma de celulosa, azúcar, almidón, etc. Para poder vivir entre los herbívoros tenemos: los ratones, la vicuña, la taruca, los venados, muchos peces, aves (arroceros, palomas, fruteros etc.)

Tercer Eslabón.- Lo conforman los Carnívoros, llamados consumidores de segundo orden, que utilizan a los herbívoros como alimento, obteniendo la energía solar de tercera mano. Entre los carnívoros están: los lobos marinos, el puma, el zorro, la boa, el bonito. Cualquier animal que consume carne es un carnívoro, aún los más pequeños como la libélula, la araña y el alacrán. Los carnívoros reciben también el nombre de depredadores y los animales de los que se alimentan se denominan su presa. El puma es depredador de venados y vicuñas que son sus presas.

Cuarto Eslabón.- Lo conforman los Carroñeros también se les consideran Consumidores de tercer orden que se alimentan de animales muertos y el de los carnívoros que se alimentan de otros carnívoros así el gallinazo y el cóndor son carroñeros. El puma se puede alimentar de herbívoros pero también puede cazar zorros; alimentándose en éste caso de un carnívoro, el zorro puede alimentarse de herbívoros (ratones) o de carnívoros (culebras y lagartijas) otros seres como el hombre, el cerdo, sajino se alimentan de plantas y carnes a estos se les denomina Omnívoros .Esta relación de dependencia mutua entre las plantas y los animales se puede representar en forma de una Pirámide, la base es el mundo inorgánico. (Fig. 2)

Organismos Desintegradores o Descomponedores.- Lo constituyen los Saprofitos (hongos y bacterias) encargados de sintetizar las sustancias orgánicas muertas de origen vegetal o animal. Absorben ciertos productos y liberan el resto que se incorporan al medio abiótico para ser tomado por los organismos productores. Ejemplo así el fitoplancton (productor) mediante la fotosíntesis transforma la energía radiante de la luz solar en energía química, estos sirven de alimento al zooplancton (consumidor de primer orden) que a su vez es devorado por la anchoveta (consumidor de tercer orden) al morir dichas aves, los organismos desintegradores regresan al mar los elementos necesarios que han de servir como nutrimento al fitoplancton.

Pirámide Alimenticia.

(Fig. 2)

Observa el dibujo 2, Relaciona, Compara y Marca la Respuesta Correcta.

l.- LAS NUBES SE FORMAN POR EL FENÓMENO DE: a) CONDENSACIÓN b) SUBLIMACIÓN c) EVAPORACIÓN d) LICUACIÓN2.- QUE UNIDAD UTILIZARÍAS PARA MEDIR LOS CAMPOS DE CULTIVO:a) METRO CÚBICO b)METRO LINEAL c) YARDAS d) METRO CUADRADO3.-LOS ANIMALES QUE SE DESPLAZAN A GRANDES DISTANCIAS EN BUSCA DE SUS ALIMENTOS SON:a) CÓNDORES b) PUMAS c) VICUÑAS d) BOAS4.- EN LAS ALTURAS EL ELEMENTO DEL AIRE QUE SE ENCUENTRA MUY ENRARECIDO ES EL:a) NITRÓGENO b) OXIGENO c) CARBONO d)HIDRÓGENO

III.- EL NEXO ALIMENTICIO.- Las cadenas alimenticias no son series aisladas sino que están conectadas entre sí. Veamos un ejemplo, una cadena simple sería lo siguiente.

Hierba -> Ratón -> Zorro -> Gallinazo.

Sin embargo el ratón no se alimenta de una sola planta, ni el zorro solo de ratones, tampoco la planta solo es comido por ratones sino también por orugas de mariposas, vicuñas, tarucas, guanacos, alpacas, vacas, caballos etc. etc. Al conectar todas esos datos entre sí ya no obtenemos una cadena, sino una red alimenticia o nexo alimenticio.

III.- EL NEXO ALIMENTICIO.- Las cadenas alimenticias no son series aisladas sino que están conectadas entre sí. Veamos un ejemplo, una cadena simple sería lo siguiente.

Hierba -> Ratón -> Zorro -> Gallinazo.

Sin embargo el ratón no se alimenta de una sola planta, ni el zorro solo de ratones, tampoco la planta solo es comido por ratones sino también por orugas de mariposas, vicuñas, tarucas, guanacos, alpacas, vacas, caballos etc. etc. Al conectar todas esos datos entre sí ya no obtenemos una cadena, sino una red alimenticia o nexo alimenticio.

IV.-LA ENERGÍA EN LA CADENA ALIMENTICIA.- En cada traspaso de los alimentos de un eslabón a otro de la cadena, se pierde una gran proporción de energía (80 a 90%) en forma de calor. Por lo tanto el número de eslabones es limitado, cuando más corta es la cadena de alimentos; es decir cuanto más cerca está el organismo del principio de la cadena, tanto mayor es la energía disponible; existe un continuo fluir de energía capturada por las plantas hacia los consumidores del primer y segundo orden, se establece así una relación de dependencia entre las plantas, los animales.

La energía radiante del sol capturada por las planteas con clorofila y transformada en energía química de alimento es tomada por los animales herbívoros y éstos sirven de presa a los depredadores o carnívoros y éstos a otros depredadores. Al morir sus restos alimentan a los carroñeros y finalmente los organismos desintegradores descomponen las moléculas orgánicas, se alimentan de una parte y liberan el resto al medio ambiente. En cada uno de estos niveles el flujo de energía de un organismo a otro es cada vez menor por que se pierde durante la respiración y en forma de calor. Este flujo se realiza en un solo sentido. Este flujo de energía debe existir un equilibrio entre los organismos productores y consumidores por ejemplo sí aumentan los carnívoros destruyen a los herbívoros lo que puede ocasionar la muerte de los carnívoros por falta de alimentos. Si por el contrario se destruye a los carnívoros, los animales herbívoros aumentan pero destruyen la vegetación, lo que también puede ocasionar su muerte.

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¿Qué son los Ciclos Biogeoquímicos?

Son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbón, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los componentes vivos y no vivos de la Tierra.

Ciclo del Agua

Es el proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la hidrosfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico.

El agua de la hidrosfera procede de la desgasificación del manto, donde tiene una presencia significativa, por los procesos del vulcanismo. Una parte del agua puede reincorporarse al manto con los sedimentos oceánicos cuando éstos forman parte de litosfera en subducción.

La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida, sobre todo en los océanos y mares y en menor medida en forma de agua subterránea o de agua superficial (en ríos y arroyos). El segundo compartimiento por su importancia es el del agua acumulada como hielo sobre todo en los casquetes glaciares antártico y groenlandés, con una participación pequeña de los glaciares de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias.

Por último, una fracción menor está presente en la atmósfera como vapor o, en estado líquido, como nubes. Esta fracción atmosférica es sin embargo muy importante para el intercambio entre compartimentos y para la circulación horizontal del agua, de manera que se asegura un suministro permanente a las regiones de la superficie continental alejadas de los depósitos principales.

El ciclo del agua disipa una gran cantidad de energía, la cual procede de la que aporta la insolación. La evaporación es debida al calentamiento solar y animada por la circulación atmosférica, que renueva las masas de aire y que es a su vez debida a diferencias de temperatura igualmente dependientes de la insolación. Los cambios de estado del agua requieren o disipan mucha energía, por el elevado valor que toman el calor latente de fusión y el calor latente de vaporización. Así, esos cambios de estado contribuyen al calentamiento o enfriamiento de las masas de aire, y al transporte neto de calor desde las latitudes tropicales o templadas hacia las frías y polares, gracias al cual es más suave en conjunto el clima planetario.

El Ciclo del Agua comprende los siguientes pasos:

a. Evaporación por la acción del sol y la formación de las nubes.b. Las nubes, por los vientos, se desplazan hacia la tierra; estas se forman

cunado se enfrían lo suficiente para que se produzcan góticas muy pequeñas que quedan suspendidas en la atmósfera a través de la condensación.

c. La precipitación ocurre cuando las gotas de agua suspendidas caen en forma liquida como lluvia, o en forma sólida como granizo o nieve.

d. Parte de esta agua se filtra en el suelo, otra corre por la superficie formando ríos hasta que regresa de nuevo al mar.

e. Parte de esta agua regresa de nuevo a la atmósfera por medio de la evaporación.

Ciclo hidrológico

Ciclo del agua (USGS)

El ciclo hidrológico o ciclo del agua es el proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la hidrosfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico.

El agua de la hidrósfera procede de la desgasificación del manto, donde tiene una presencia significativa, por los procesos del vulcanismo. Una parte del agua puede reincorporarse al manto con los sedimentos oceánicos de los que forma parte cuando éstos acompañan a la litosfera en subducción.

La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida, sobre todo en los océanos y mares y en menor medida en forma de agua subterránea o de agua superficial (en ríos y arroyos). El segundo compartimento por su importancia es el del agua acumulada como hielo sobre todo en los casquetes glaciares antártico y groenlandés, con una participación pequeña de los glaciares de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y de la banquisa. Por último, una fracción menor está presente en la atmósfera como vapor o, en estado gaseoso, como nubes. Esta fracción atmosférica es sin embargo muy importante para el intercambio entre compartimentos y para la circulación horizontal del agua, de manera que se asegura un suministro permanente a las regiones de la superficie continental alejadas de los depósitos principales.

Ciclo del azufre

El azufre forma parte de proteínas. Las plantas y otros productores primarios lo obtienen principalmente en su forma de ion sulfato (SO4 -2). Estos organismos lo

incorporan a las moléculas de proteína, y de esta forma pasa a los organismos del nivel trófico superior. Al morir los organismos, el azufre derivado de sus proteínas entra en el ciclo del azufre y llega a transformarse para que las plantas puedan utilizarlos de nuevo como ion sulfato.

Los intercambios de azufre, principalmente en su forma de bióxido de azufre SO2, se realizan entre las comunidades acuáticas y terrestres, de una manera y de otra en la atmósfera, en las rocas y en los sedimentos oceánicos, en donde el azufre se encuentra almacenado. El SO2 atmosférico se disuelve en el agua de lluvia o se deposita en forma de vapor seco. El reciclaje local del azufre, principalmente en forma de ion sulfato, se lleva a cabo en ambos casos. Una parte del sulfuro de hidrógeno (H2S), producido durante el reciclaje local del sulfuro, se oxida y se forma SO2."El elemento es denominado como de suma importancia en la vida de los seres vivos."

Ciclo del carbono

Los productos finales de la combustión son co2, vapor de agua y carbono.El equilibrio en la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace posible la vida. Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el co2 del aire y durante la fotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos.Como todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la cantidad de co2 empleada en la fotosíntesis. En la medida de que el co2 es consumido por las plantas, también es remplazado por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc. En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios.

El Ciclo del carbono es 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.

Es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica. Se conocen cerca de 10 millones de compuestos de carbono, y forma parte de todos los seres vivos conocidos.

Ciclo del fósforo

La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, pero el papel que desempeña es vital. Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN, muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con el fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, se encuentra también en los huesos y los

dientes de animales, incluyendo al ser humano. Este elemento en la tabla periódica se denomina como "P"

La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas.

El ciclo del fósforo es un ciclo biogeoquímico, describe el movimiento de este elemento en su circulación en el ecosistema.

Los seres vivos toman el fósforo, P, en forma de fosfatos a partir de las rocas fosfatadas, que mediante meteorización se descomponen y liberan los fosfatos. Éstos pasan a los vegetales por el suelo y, seguidamente, pasan a los animales. Cuando éstos excretan, los descomponedores actúan volviendo a producir fosfatos.

Una parte de estos fosfatos son arrastrados por las aguas al mar, en el cual lo toman las algas, peces y aves marinas, las cuales producen guano, el cual se usa como abono en la agricultura ya que libera grandes cantidades de fosfatos; los restos de las algas, peces y los esqueletos de los animales marinos dan lugar en el fondo del mar a rocas fosfatadas, que afloran por movimientos orogénicos.

De las rocas se libera fósforo y en el suelo, donde es utilizado por las plantas para realizar sus funciones vitales. Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido. En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de ortofosfatos (PO4H2) que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos. El ciclo del fósforo difiere con respecto al del carbono, nitrógeno y azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. Uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del levantamiento geológico de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un proceso medido en miles de años.

El hombre también moviliza el fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato.

Ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos en que se basa el suministro de este elemento a los seres vivos. Es uno de los ciclos biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio dinámico de composición de la biosfera.

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Ciclo del oxígeno

El ciclo del oxígeno es la cadena de reacciones y procesos que describen la circulación del oxígeno en la biosfera terrestre.

Abundancia en la Tierra [editar]

El oxígeno es el elemento más abundante en masa en la corteza terrestre y en los océanos, y el segundo en la atmósfera.

En la corteza terrestre la mayor parte del oxígeno se encuentra formando por parte de silicatos y en los océanos se encuentra formando por parte de la molécula de agua, H2O.

En la atmósfera se encuentra como oxígeno molecular (O2), dióxido de carbono(CO2), y en menor proporción en otras moléculas como monóxido de carbono (CO), ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2), monóxido de nitrógeno (NO) o dióxido de azufre (SO2), por ejemplo. una toxina

Atmósfera [editar]

El O2 le confiere un carácter oxidante a la atmósfera. Se formó por fotólisis de H2O, formándose H2 y O2:

H2O + hν → 1/2O2.

Seres vivos [editar]

El oxígeno molecular presente en la atmósfera y el disuelto en el agua interviene en muchas reacciones de los seres vivos. En la respiración celular se reduce oxígeno para la producción de energía y generándose dióxido de carbono, y en el proceso de fotosíntesis se origina oxígeno y energía a partir de agua y radiación solar.

Hidrósfera y atmósfera química básica estructuralitica]

El oxígeno es ligeramente soluble en agua, disminuyendo su solubilidad con la temperatura. Condiciona las propiedades rédox de los sistemas acuáticos. Oxida materia bioorgánica dando dióxido de carbono y agua.

El dióxido de carbono también es ligeramente soluble en agua dando carbonatos; condiciona las propiedades ácido-base de los sistemas acuáticos. Una parte importante del dióxido de carbono atmosférico es captado por los océanos quedando en los fondos marinos como carbonato de calcio.

LOS SISTEMAS ECOLÓGICOS

Están determinados por dos tipos de factores:

BIÓTICOS: Comprenden a todos los seres vivosABIÓTICOS: Comprenden a todos los factores vivos

Ciclo de la materia

BIÓTICOS (REINOS)BIÓTICOS (REINOS)

ANIMAL

VEGETAL

FUNGÍ

ANIMAL

PROTISTA

BIÓTICOS (REINOS)BIÓTICOS (REINOS)

ANIMAL

VEGETAL

FUNGÍ

ANIMAL

PROTISTA

ABIÓTICOSABIÓTICOS

AIRE

AGUA

SUELO

LUZ

TEMPERATURA

PRESIÓN

ALTITUD

LATITUD

HUMEDAD

ABIÓTICOSABIÓTICOS

AIRE

AGUA

SUELO

LUZ

TEMPERATURA

PRESIÓN

ALTITUD

LATITUD

HUMEDAD

En un sistema ecológico los elementos generadores de la vida o biogenésicos son de origen inorgánico y mediante la fotosíntesis se transforman en alimentos y una vez muerto el ser regresan a su estado original estos elementos son: el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre, etc. (C, H2, O2 N2, P, S, etc,) a esto se le llama ciclo de la materia.Los factores bióticos y abióticos se relacionan mediante ciclos naturales que favorecen la transferencia de energía. Estos con: ciclo del carbono, ciclo del nitrógeno y ciclo del oxígeno, ciclo del agua y fotosíntesis.

Carbono

El carbono que contienen los carbohidratos, las grasas, las proteínas, los ácidos nucleicos, etc. Dentro de las plantas verdes, lo toman del CO2 que se encuentra en el aire, en el agua, en las rocas o en el petróleo. Y cuando algún ser vivo utiliza estos compuestos para obtener energía durante la respiración, este gas regresa a la atmósfera, o al morir el organismo que lo contenía al paso del tiempo, va a formar parte de las rocas o de un nuevo ser. Como dijo Lavoisier en la ley de la conservación de la materia: “La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”

Nitrógeno

En el nitrógeno atmosférico es fijado por bacterias nitrificantes para ser aprovechado por las plantas en la formación de proteínas. Este gas regresa a la atmósfera y al suelo a partir de los desechos de los organismos, las descargas eléctricas y la actividad volcánica. Nuestra atmósfera contiene el 78% de N2.

Agua

El agua es el líquido vital para la existencia de los organismos. El sol al calentar el agua, hace que se evapore formando nubes. Éstas al alcanzar grandes alturas y se encuentran a su paso un poco de sales, se precipitan en forma de lluvia, nieve o granizo. Al caer en tierra firme, forma parte de los ríos, lagos, presas, mar, etc. Que al calentarlas nuevamente el sol se repite el mismo proceso.

Fotosíntesis

Es el proceso mediante el cual los organismos autótrofos, con la ayuda del sol, agua, oxígeno, dióxido de carbono y sales minerales, hacen posible la transformación de la materia inerte en alimentos energéticos. Dentro de la célula, los cloroplastos son los organelos encargados de realizarla, ya que contiene una sustancia verde llamada clorofila.

Fases de la fotosíntesis

“LUMINOSA”

Ocurre cuando la planta está expuesta a la luz.

Absorbe CO2 y H2O Los cloroplastos captan la energía del sol y forman ATP (adenosis

trifosfato) La energía del ATP, rompe la molécula del agua, separa sus

elementos y libera oxígeno (O2).

“OBSCURA”

Se lleva a cabo durante la noche.

El hidrógeno que fue obtenido del agua, se une químicamente con el dióxido de carbono para formar glucosa.

Se libera vapor de agua Mediante reacciones químicas se forman almidones, grasas y

proteínas.

La fotosíntesis se representa la siguiente fórmula:

FOTOSÍNTESIS (ILUSTRACIÓN)

CADENA ALIEMNTICIA Y TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

Una vez que los alimentos son formados durante la fotosíntesis, por los organismos autótrofos o productores; los consumidores primarios o herbívoros se alimentan de ellos y a su vez los consumidores secundarios (carnívoros) lo hacen con éstos últimos. Puede haber también consumidores terciarios y cuaternarios. Finalmente actúan los desintegradores, reintegradotes o descomponedores como son los hongos y bacterias que actúan sobre cualquier célula, tejido u organismo muerto, para reintegrar su materia al suelo, aire o agua.

Conforma van avanzando los niveles de alimentación o troficos de las cadenas, hacia niveles superiores va disminuyendo la cantidad de energía originada por los productores. En promedio solo se aprovecha de un nivel a otro solo el diez porciento (10%), y es a lo que llamamos el “diezmo ecológico”.

EJERCICIOS

1. Completa el cuadro

Luz/clorofila/ATP

6 CO2 + 12 H2 O C6 h12 O6 + 602 + 6H2ODióxido de carbono Glucosa Oxígeno Agua

(azúcar)

Luz/clorofila/ATP

6 CO2 + 12 H2 O C6 h12 O6 + 602 + 6H2ODióxido de carbono Glucosa Oxígeno Agua

(azúcar)

Ciclo de suma Importancia para la vida

CARBONO

AGUA

NITRÓGENO

Elemento químico que se encuentra unido al oxígeno durante la exhalación

de los animales. Es tetravalente y además; es de suma importancia

en la estructura de los carbohidratos, proteínas y grasas.

Es el líquido fundamental para la vida

Es el gas de mayor abundancia en laatmósfera terrestre. Es fijado por algunasbacterias a las raíces de las plantas

Ciclo de suma Importancia para la vida

CARBONO

AGUA

NITRÓGENO

Elemento químico que se encuentra unido al oxígeno durante la exhalación

de los animales. Es tetravalente y además; es de suma importancia

en la estructura de los carbohidratos, proteínas y grasas.

Es el líquido fundamental para la vida

Es el gas de mayor abundancia en laatmósfera terrestre. Es fijado por algunasbacterias a las raíces de las plantas

2. Escribe en los espacios, el número de moléculas que se necesitan, para que la reacción química que sucede durante la fotosíntesis quede balanceada.

Sistema ecológico cerrado

Los sistemas ecológicos cerrados (SEC) son los ecosistemas que no intercambian la materia por cualquier parte fuera del sistema. Aunque la tierra en sí cabe claramente en esta definición, el término se utiliza más a menudo para describir ecosistemas artificiales mucho más pequeños. Tales sistemas interesan y pueden potencialmente servir como sistema de ayuda de vida durante vuelos espaciales, en las estaciones espaciales o en submarinos. En realidad no es un sistema totalmente cerrado, pues la energía (especialmente luz y calor) puede incorporar y dejar el sistema.

En un sistema ecológico cerrado, cualquier residuo producido por una especie debe ser utilizado por lo menos por otra especie. Si el propósito es mantener una forma de vida más alta, por ejemplo un ratón o un ser humano, residuos tales como dióxido de carbono, las heces y la orina se deben convertir eventualmente en el oxígeno, alimento y agua.

Un sistema ecológico cerrado debe contener por lo menos un organismo autótrofo (que produce su propio alimento como las plantas o algunas bacterias). Mientras que los organismos quimiotrofos (que obtiene su energía metabolizando los desechos de otros organismos) y fotoautótrofos (que obtiene energía de la luz) son plausibles, casi todos los sistemas ecológicos cerrados hasta la fecha se basan en un fotoautótrofo tal como algas verdes.

1.2.3. INFLUENCIA HUMANA SOBRE LOS ECOSISTEMAS

Todos los medios y ecosistemas naturales se enfrentan ahora a una dificultad sin precedentes: la humanidad. El ser humano ha comprimido en unos pocos siglos cambios que en su ausencia hubiesen exigido miles o

12 Co2 + 24 H2 O C6 H12 O6 + 02+ H2O12 Co2 + 24 H2 O C6 H12 O6 + 02+ H2O

millones de años. Las consecuencias de estos cambios están todavía por ver. A continuación se describen los impactos más importantes de la actividad de los seres humanos sobre los ecosistemas ( véase Impacto ambiental).

1. Destrucción y fragmentación de hábitats

La influencia más directa del hombre sobre los ecosistemas es su destrucción o transformación. La tala a matarrasa (el corte de todos los árboles de una extensión de bosque) destruye, como es lógico, el ecosistema forestal. También la explotación selectiva de madera altera el ecosistema. Lo mismo ocurre con la desecación de humedales que se ha llevado a cabo de forma sistemática (para ganar tierras de cultivo o eliminar la fuente de enfermedades) y cuyo mayor exponente es la desecación del mar de Aral por el aprovechamiento de las aguas de sus tributarios.

La fragmentación o división en pequeñas manchas de lo que era un ecosistema continuo puede alterar fenómenos ecológicos e impedir que las parcelas supervivientes continúen funcionando como antes de la fragmentación.

2. Cambio climático

Ahora se acepta de forma generalizada que las actividades de la humanidad están contribuyendo al calentamiento global del planeta, sobre todo por acumulación en la atmósfera de gases de efecto invernadero.

Las repercusiones de este fenómeno probablemente se acentuarán en el futuro. Como ya se ha señalado, el cambio climático es una característica natural de la Tierra. Pero antes sus efectos se podían asimilar, porque los ecosistemas ‘emigraban’ desplazándose en latitud o altitud a medida que cambiaba el clima.

Como ahora el ser humano se ha apropiado de gran parte del suelo, en muchos casos los ecosistemas naturales o seminaturales no tienen ningún sitio al que emigrar.

3. Contaminación

La contaminación del medio ambiente por herbicidas, plaguicidas, fertilizantes, vertidos industriales y residuos de la actividad humana es uno de los fenómenos más perniciosos para el medio ambiente.

Los contaminantes son en muchos casos invisibles, y los efectos de la contaminación atmosférica y del agua pueden no ser inmediatamente evidentes, aunque resultan devastadores a largo plazo. Las consecuencias de la lluvia ácida para los ecosistemas de agua dulce y forestales de gran parte de Europa septentrional y central es un fenómeno que ilustra este apartado.

4. Especies introducidas

El hombre ha sido responsable deliberado o accidental de la alteración de las áreas de distribución de un enorme número de especies animales y vegetales. Esto no sólo incluye los animales domésticos y las plantas cultivadas, sino también parásitos como ratas, ratones y numerosos insectos y hongos.

Las especies naturalizadas pueden ejercer una influencia devastadora sobre los ecosistemas naturales por medio de sus actividades de depredación y competencia, sobre todo en islas en las que hay especies naturales que han evolucionado aisladas.

Así, la introducción de zorros, conejos, sapos, gatos monteses y hasta búfalos han devastado muchos ecosistemas de Australia. Plantas, como el arbusto sudamericano del género Lantana, han invadido el bosque natural en muchas islas tropicales y subtropicales y han provocado alteraciones graves en estos ecosistemas; el jacinto acuático africano, género Eichhornia, también ha perturbado de forma similar los ecosistemas de agua dulce de muchos lugares cálidos del mundo.

En el litoral mediterráneo, la introducción accidental del alga marina Caulerpa taxifolia está provocando la desaparición de las ricas y productivas comunidades de fanerógamas marinas, las praderas de Posidonia.

5. Sobreexplotación

La captura de un número excesivo de animales o plantas de un ecosistema puede inducir cambios ecológicos sustanciales. El ejemplo más importante en la actualidad es la sobrepesca en los mares de todo el mundo. El agotamiento de la mayor parte de las poblaciones de peces es, sin duda, causa de cambios importantes, aunque sus repercusiones a largo plazo son difíciles de evaluar (véase Pesca comercial).