Capitulo 2
Flujo de energía y flujos biogeoquímicos
"En la biodiversidad, en el sistema ecológico, no va bien nada, si no va bien todo junto"
La Tierra funciona con base en dos procesos fundamentales: el flujo de energía y el ciclado de las sustancias o materia, ambos procesos son determinados y regulados por los seres vivos.
Flujo de energía
El tercer principio básico de la naturaleza establece que la Tierra es un sistema abierto con respecto al flujo de energía.
El Sol, no sólo es el centro del equilibrio gravitacional del sistema solar, sino también es la fuente
externa de energía para la Tierra.
Con base en la Primera Ley de Termodinámica se puede validar que en la Tierra la única fuente de energía
es el Sol y que ésta no puede ser creada o destruida, sólo transformarla.
El equilibrio energético de la Tierra
Del total de la energía generada por el Sol. a nuestro planeta llega un 10% como radiación ultravioleta, 45% luz visible y 45% de radiación infrarroja. Esta radiación incidente de diferentes formas y cantidades es suficiente y es el elemento climático más importante, ya que es la fuente de energía de todos los demás procesos biológicos y físicos, condiciona los flujos de energía dentro de los ecosistemas y condiciona la intensidad y frecuencia de los otros elementos del clima.
Pirámides ecológicas
El balance energético a lo largo de las cadenas tróficas es explicado por la Segunda Ley de
Termodinámica. Con base en esta ley, el flujo de energía a través de los niveles tróficos de las cadenas
alimenticias nos permite determinar las pirámides ecológicas en términos de energía, biomasa y número de
individuos.
El término de pirámide denota la disminución de las variables: energía, biomasa y número de individuos
en el nivel inmediato superior conforme se avanza a lo largo de la cadena trófica, como consecuencia de
la energía perdida por costos de mantenimiento metabólico de los individuos del nivel inferior.
Ciclos biogeoquímicos
El cuarto principio de la naturaleza establece que la Tierra es un sistema cerrado con respecto al flujo de materia.
Definición
Las sustancias químicas son ciclando a través de complejas vías entre los subsistemas físico y biológico,
y se convierten en formas útiles (nutrientes o nutrimentos) mediante procesos biológicos, geológicos y
químicos combinados, denominados ciclos biogeoquímicos.
El flujo de materia comienza con la incorporación de compuestos inorgánicos del suelo y la atmósfera a
los organismos productores. A través de la fotosíntesis, estos producen compuestos orgánicos que son
consumidos por organismos consumidores. Cuando productores y consumidores mueren, los desintegradores
descomponen los compuestos en formas inorgánicas que regresan al suelo y a la atmósfera, cerrando el
ciclo de las sustancias químicas.
Importancia
Los ciclos biogeoquímicos permiten renovar, purificar y conservar las sustancias químicas, determinando la productividad y sustentabilidad de los ecosistemas. Sin estos ciclos, los nutrientes no podrían mantenerse disponibles de manera continua para los organismos vivos.
Clasificación
De acuerdo con Miller (1994), los ciclos biogeoquímicos se clasifican en:
1. Ciclos gaseosos
Estos ciclos circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos, con velocidades de reciclado rápidas, generalmente de horas a días. Los principales ciclos gaseosos son oxígeno, carbono y nitrógeno.
Ciclo del oxígeno (O₂)
El oxígeno es esencial para la vida y se encuentra en el agua y moléculas orgánicas. Surge gracias a los organismos autótrofos fotosintéticos. La fotosíntesis produce oxígeno y glucosa:
La respiración realiza el proceso inverso:
Además, el oxígeno se convierte en ozono (O₃) en la estratósfera, protegiendo la vida de la radiación ultravioleta.
Ciclo del carbono (C)
El carbono circula entre litosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera. La principal fuente de carbono asimilable es el CO₂ de la atmósfera y la hidrosfera. Las plantas fotosintéticas fijan el carbono y los animales lo obtienen al consumir plantas u otros animales. El ciclo rápido de carbono dura aproximadamente tres años.
Ciclo del nitrógeno (N)
El nitrógeno es vital para proteínas y ácidos nucleicos. Su principal reservorio es la atmósfera (78% N₂), pero la mayoría de los organismos no pueden usarlo directamente. Algunas bacterias y algas fijan el N₂ en nitratos (NO₃⁻) y amonio (NH₄⁺), asimilables por las plantas. Los animales obtienen nitrógeno al consumir plantas o animales. Gran parte del nitrógeno del suelo está en materia orgánica y humus.
2. Ciclos sedimentarios
En estos ciclos, los nutrientes circulan entre la corteza terrestre, la hidrosfera y los seres vivos. El reciclado es lento debido a la retención por rocas sedimentarias y a la ausencia de fase gaseosa. Los principales ciclos sedimentarios son fósforo y azufre.
Ciclo del fósforo (P)
Es esencial para ácidos nucleicos, ATP y otras moléculas que almacenan energía. Su principal depósito es la corteza terrestre, donde el fósforo se inmoviliza en formas insolubles y puede tardar millones de años en liberarse. Por meteorización o vulcanismo, se vuelve disponible para las plantas.
Ciclo del azufre (S)
Imprescindible en proteínas, se encuentra en los océanos como sulfato inorgánico y en sedimentos y rocas como minerales de sulfato (CaSO₄) y sulfuro (FeS₂). Su forma depende del pH y puede intervenir en fotosíntesis basada en azufre en condiciones anaeróbicas. La actividad humana ha incrementado su emisión, provocando problemas como la lluvia ácida.
3. Ciclo hidrológico (agua)
El agua circula entre océanos, atmósfera, litosfera y seres vivos, existiendo en los tres estados
físicos: líquido, gaseoso y sólido. Es el disolvente universal y componente principal de los
organismos
(50–90% de la masa).
El ciclo incluye:
- Evaporación del agua desde mares, ríos y lagos hacia la atmósfera.
- Condensación en las capas frías de la atmósfera formando nubes.
- Traslado de nubes por el viento.
- Precipitación de agua hacia la superficie.
- Escurrimiento, infiltración, absorción por plantas y recarga de acuíferos.
- Evapotranspiración por la acción de los seres vivos.
El ciclo hidrológico está ligado a otros ciclos biogeoquímicos, transportando nutrientes dentro y fuera de los ecosistemas. La velocidad de reciclado puede variar de días a miles de años.
Regla de sustentabilidad
Los ciclos biogeoquímicos al ciclar las sustancias las renuevan, purifican y conservan, y a su vez definen la productividad y sustentabilidad de los ecosistemas. Y los seres vivos desempeñan un papel regulador (velocidad de ciclado y sustentabilidad) y de renovación (biodegradación) de los nutrientes.Las sustancias químicas o nutrientes, no obstante de ser renovables, son finitos y pueden agotarse o convertirse en factores limitantes cuando las tasas de consumo y contaminación antropogénicas rebasan la tasa de velocidad de ciclado por el cual se conservan y purifican.
