Capítulo 2. Flujo energía y ciclos biogeoquímico

La tierra funciona con base a los procesos fundamentales el flujo de energía y el ciclado de las sustancias o materia ambos procesos son determinados y regulados por los seres vivos.

2.1 Flujo de energía 

El tercer principio va así con la naturaleza establece que la tierra es un sistema abierto con respecto al reflejo de energía. El el sol no solo es un centro de equilibrio gravitacional del sistema solar sino que también es la fuente externa de energía para la tierra en lo que determina que en cuanto al flujo de energía la tierra funciona como sistema abierto. Con base la primera ley del termodinámica se puede validar la única fuente de energía es el sol y que este no puede ser creado su vida no obstante y a pesar del conocimiento y tecnologías generadas a lo largo del desarrollo humano al ser humano no puede crear o hacer la energía solo se transforma. La figura 2.1 muestra el flujo energía de la tierra que funciona como un sistema abierto se caracteriza por permanecer en balance energético. 

2.1.2 El equilibrio energético de la Tierra 

De total de la energía generada por el sol nuestro planeta llega a un 10% como radiación ultravioleta rayos UV, 45% de radiación infrarroja. Esta radiación incidente de diferentes formas y cantidades es suficiente Y ese elemento climático más importante ya que la fuente energía de todos los demás procesos biológicos físicos condicionados rojos de energías modelos ecosistemas físicos, condiciones flujo de energía dentro de los ecosistemas y condiciona la intensidad de frecuencia de los otros elementos del clima (Alfaro, et al., 2007).

 Aparte del sol se es el rojo energía en la cual viaja a través del espacio y demora de 7 a 8 minutos en llegar a nuestro planeta o un 34% es inmediatamente reflejado por las nubes sustancias químicas y polos suspendido en la atmósfera y por la superficie terrestre del 66% permanente 42% corriente la atmósfera y la superficie del planeta 22% o por el agua y circula a través de la ecosfera y 1% genera los vientos. El 1% restante es capturado por las plantas verdes o organismos fotosintéticos y es utilizado para producir compuestos orgánicos a través de proceso de la fotosíntesis (figura 2.2).

De la proporción de energía absorbida por la superficie terrestre, esta es posteriormente irradiada en la atmósfera calentando la parte baja de ella, causando además el proceso de evaporación, y ser redirigida de nuevo la superficie terrestre, irradiada nuevamente a la atmósfera e irradiada por esta el espacio exterior y salir por las ventanas atmósfera y caso como se muestra en la figura 2.3.

El 100% de la energía solar que recibe la Tierra 99% es retornada al espacio exterior por los procesos de reflexión e irradiación cuáles son determinantes para mantener el equilibrio o balance energético en el planeta.

El remanente 1% de la energía lumínica del sol, entra al subsistema biológico dónde es capturado en transformadas de energía solar a energía de biomasa por las plantas fotosintéticas u organismos productores y esa energía química es dispersada a través de la cadena alimenticia a los consumidores (herbívoros, carnívoros, carnívoros y omnívoros) y desintegradores (figura 2.4).

2.1.2 Pirámides ecológicas

El balance energético A lo largo de las cadenas tróficas explicado por la segunda ley de la termodinámica la cual indica que en cada transformación se pierde o disipa energía en forma de calor bueno en otras palabras la emergencia se degrada a otra forma de energía menos útil o menos concentrado como Se detalla en la figura 2.4. el porcentaje de energía transferida a un nivel trófico a otro varía de 2% al 30% dependiendo del número de niveles, de las especies y de tipo de ecosistema.

con base en esta ley el flujo de energía a través de los niveles tróficos de las cadenas alimenticias nos permiten determinar las pirámides ecológicas en términos de energía, biomasa y el número de individuos como se muestra en la figura 2.5.

En 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 energía perdida por costos de mantenimiento metabólico de los individuos de nivel inferior. por ejemplo lo que respecta a la biomasa total de la Tierra, el 85% corresponde a la la biomasa humana (Pidwirny. 2006; Leckie, 1999 y World Population iInformation, 2006),

En conclusión, la radiación solar es el elemento climático más importante, ya que:

•   Es la fuente de energía para los 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.

2.2 Ciclos biogeoquímicos

en cuarto principio establece que la Tierra es un sistema cerrado con respecto al flujo de materia. lo cual denota que las sustancias químicas son cicladas a través de complejas vías entre los subsistemas físico y biológico e convertidos en formas útiles (nutrientes o nutrimentos) con una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos que en conjunto son llamados ciclos biogeoquímicos. la figura 2.6 muestra el ciclado de las sustancias químicas y el balance energético.

la importancia de los ciclos biogeoquímicos es que anclar las sustancias las renuevan, purifican y conservan y definen la productividad y sustentabilidad de los ecosistemas de acuerdo (Miller 1994) hay 3 tipos de ciclos biogeoquímicos interconectados: gaseoso, sedimentario é hidrológico.

2.2.1 flujo de la materia

En la figura 2.6 ilustra el ciclarse de sustancias químicas que se inicia con la incorporación de los compuestos químicos inorgánicos de la atmósfera y el suelo a los organismos productores los cuales elaboran los compuestos orgánicos que se necesita para su mantenimiento mediante la fotosíntesis. a su vez estos compuestos orgánicos de las plantas son consumidos por los organismos consumidores y cuando estos organismos productores y consumidores mueren los organismos desintegradores descomponen los compuestos orgánicos en compuestos inorgánicos simples qué se reincorporan a la atmósfera y al suelo, con lo que se cierra el ciclo de las sustancias químicas de la biosfera. Del anterior se desprende que los intercambios de sustancias químicas en la biosfera ocurren en la fase ambiental donde el elemento químico está en forma inorgánica en el suelo agua y aire a la fase orgánica donde el elemento forma parte de los seres vivos como plantas y animales y de esta retorna nuevamente a la fase ambiental.

asimismo, como se observa en las redes. 6 los seres vivos determinan las características del sistema cerrado pues al interaccionar concentrar no físico desempeñan un papel regulador en la velocidad de reciclado y de renovación biodegradación de los materiales químicos.

del total de los elementos químicos de la Tierra 26 constituyen parte de los seres vivos donde el carbono hidrógeno oxígeno nitrógeno fósforo y azufre son los mayores constituyentes de los tejidos de los organismos que componen el 95% de la biosfera.

A estos elementos se les denomina macronutrientes por ser requeridos por los organismos en cantidades relativamente grandes; los demás elementos por ser requeridos por los organismos en pequeñas cantidades son llamados micronutrientes.

2.2.2 Ciclos gaseosos

En los ciclos gaseosos las sustancias circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos. estos ciclos se caracterizan por una velocidad mayor de reciclado generalmente de horas a días. los principales ciclos gaseosos son los del oxígeno, carbono y del nitrógeno.

2.2.2.1 Ciclo del oxigeno

El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. En almacenamiento del carbón orgánico y la liberación del oxigeno (O2) por el proceso de la fotosíntesis es esencial para la vida. Ese elemento forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. Como molécula el oxígeno (O2), surge en la tierra inmediatamente después de los organismos autótrofos fotosintéticos. El oxígeno es una sustancia más oxidante del planeta y en un principio probablemente fue una sustancia tóxica para los primeros organismos unicelulares, pero el metabolismo celular de los seres vivos se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obsesión energía mucho más eficiente que la anaeróbica (Schlesinger, 1991).

El 20% de oxígeno en la atmósfera es un producto directo de la actividad de los seres vivos. El ciclo de este elemento está estrechamente vinculado al del ciclo del carbono (C) pues el proceso por el que el carbono es asimilado por las plantas (fotosíntesis), implica también la devolución del oxígeno de la atmósfera.

 

2.2.2.2 Ciclo del carbono

El ciclo de carbón involucra las cuatro esferas de la Tierra: la litosfera, la hidrosfera, la atmósfera y la biosfera, en las cuales el carbono es fundamental para la formación de las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, dado que todas las moléculas de compuesto orgánicos están formados por cadenas de átomos de carbono enlazados entre sí.

2.2.2.3  Ciclo de Nitrógeno

Los organismos se emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. Su depósito o reservorio en la atmósfera en donde se encuentra en forma de gas inerte (N2), constituyendo el 78% de la misma. No obstante esta forma del nitrógeno (N2) no puede ser garantizada directamente como nutriente por la mayoría de las plantas y animales exceptuando algunas bacterias y algas.

Las bacterias y algas que pueden usar el N2 en el aire juegan un papel muy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación de nitrógeno. De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas solubles en agua y asimilables por las raíces de las plantas en tanto que los animales obtienen nitrógeno al comer a las plantas a otros animales. La mayor parte del nitrógeno en el suelo está en forma orgánica como constituyente de los residuos orgánicos, el humus y otros compuestos complejos.

2.2.3 Ciclos de sedimentación 

En los ciclos sedimentarios las sustancias químicas o nutrientes circulan entre la corteza terrestre (suelo, rocas y sedimentos a la Tierra y el fondo marino), la hidrosfera y los seres vivos. Los nutrientes en estos ciclos generalmente son reciclados a una velocidad demasiado lenta debido a la retención de estos nutrientes por miles son millones de años por las rocas sedimentarias y por no presentar una fase gaseosa. Pertenecen a este tipo de ciclos el fósforo y el azufre.

2.2.4 Ciclo Hidrológico 

El agua junto con el oxígeno que respiramos son elementos fundamentales para la vida El agua se disolvente universal ya que todas las sustancias son de alguna manera solubles en agua se combina con ciertas sales para formar hidratos reaccionan con los óxidos de los metales lo mandó así se actúa como catalizador en muchas reacciones químicas importantes. El agua es el componente principal para la materia viva constituye el 50 al 90% de la masa de los organismos vivos en el ser humano o pone tres cuartas partes de nuestro músculos y cerebro y constituye el 83% de la sangre es esencial para todos los tipos de vida incluso para aquellos organismos que la evolución pues condujo a Tierra firme el agua resulta indispensable de modo que buena parte de sus estrategias de adaptación tienen un mantenimiento de un cierto grado de humedad en la anterior de su organismo.

2.3 Regla de Sustentabilidad

Los ciclos biogeoquímicos han declarado sustancias no 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 reciclado 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 de contaminación antropogénicas rebasa en la tasa de velocidad del ciclado por el cual se conservan y purifican.

Con base a esto último se puede concluir que con el fin de mantener la sustentabilidad de los recursos y productividad de los ecosistemas se debe respetar y cumplir la regla de sustentabilidad la cual estipula que las velocidades de los procesos de reciclado, renovación purificación reemplazo y conservación debe ser SIEMPRE MAYOR que la velocidad del proceso naturales y antropogénicos de consumo,
extracción, contaminación, destrucción, degradación, fragmentación y abatimiento (Alfaro, Limón, Martínez, et al., 2007), está situación se ilustra en la figura 2.7: