1 Puedes revisar las grandes partes de la Biósfera antes de ver como se interrelacionan:El Flujo de la Energia

2 La vida, desde el punto de vista de los procesos ecológicos, puede definirse como una transferencia de energía y de nutrientes ( o elementos) a través de seres que se reproducen y de procesos de reciclaje. La fuente de la energía es nuestro Sol, es una estrella enana amarilla que emite enormes cantidades de energía electromagnética, gracias a la fusión termonuclear que consume su componente principal: el hidrógeno y lo convierte en helio. 1 2 Algún día esta actividad nuclear transformará todo el material y el Sol morirá como todas las estrellas del universo. Se estima que aún durará unos 60,000 millones de años, pues en lo que va de su existencia, y la de todo el sistema solar, sólo ha convertido un 4 % de su hidrógeno.

3 Puedes notar que el balance de la radiación, prácticamente, es nuloPuedes notar que el balance de la radiación, prácticamente, es nulo. Es decir el ancho de la línea roja que representa la radiación entrante es casi idéntico al de la línea roja que representa la radiación saliente. Ella pasa por la atmósfera y la superficie y en ese paso su energía, expresada como luz y calor, es la que calienta y moviliza el suelo, las aguas y el aire. El gráfico, tomado del diario El Comercio, representa este complicado camino, mediante las líneas rojas. Gracias a las diferentes medidas que los científicos atmosféricos han tomado, utilizando globos sonda y a los satélites, hoy conocemos bastante bien el camino que siguen las radiaciones solares al atravesar nuestra atmósfera y llegar hasta la superficie del planeta.

4 Una pequeña interrupción….recuerdan esto:Ser un seguidor del paradigma del DS significa que al actuar, al ejecutar acciones para el desarrollo local, regional y nacional: estas acciones deben respetar, deben consolidar, deben mantener los procesos naturales; no distorsionarlos ni interferir negativamente con ellos Revisa el caso de Atlanta…un buen ejemplo de lo que ocurre cuando se altera el flujo de la energía. O estos gráficos (recuerda ampliar la imagen)

5 También podemos expresar, este paso de la energía, en forma numérica; pues conocemos los valores de ella en diferentes momentos. Utilizaremos como expresión de ella a la caloría, esa unidad que expresa la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura, de 1 gramo de agua, en 1 grado centígrado, bajo una presión de 1 atmósfera. Al límite superior de la atmósfera llega energía solar equivalente a 1.94 cal/ cm2/ min, es decir casi 2 calorías por cada centímetro cuadrado en un minuto. Para simplificar la presentación vamos a utilizar una unidad llamada el langley que es el nombre de la expresión cal/cm2.

6 Entonces: al límite superior de la atmósfera llegan 1Entonces: al límite superior de la atmósfera llegan 1.94 langley/min y, luego: Recordarás que la reflexión, originada por las capas altas de la atmósfera y por las nubes, es conocida como el albedo de la Tierra y que es uno de los fenómenos que mantienen la temperatura adecuada para la vida. Recordarás, también que la cantidad de nubes, en la atmósfera, es influenciada por el fenómeno físico de evaporación y el biológico de transpiración de las plantas; ambos son componentes clave del ciclo del agua y ambos son influenciados por las actividades humanas

7 Ahora sabemos que hacia el suelo llega poco más de ⅓ de la energía que entró a la atmósfera.Dependiendo del color del suelo, o color de la cobertura del suelo (mar es azul, desierto es beige, bosque tropical es verde oscuro, nieve es como un espejo), tanto como el 44% de la energía puede reflejarse nuevamente y sólo 0.39 langleys / min son absorbidos, en promedio mundial, por la superficie de la tierra. Esta es la energía que mantiene la temperatura del suelo, del agua y del aire en los niveles adecuados para la vida.

8 Observa los casos de la energía entrante al suelo:Como bien sabes, estos valores son promedios anuales, en realidad el valor de la energía varía según las estaciones y según la altitud. Observa los casos de la energía entrante al suelo: Puedes notar que en Huancayo se absorbe una energía mayor que la del promedio mundial. Sobre esa ciudad existe una atmósfera más delgada que sobre Lima, su acción de filtro es menor. Notarás, tambíen, la influencia de las invernales neblinas costeras sobre la energía que absorbe el suelo de la costa limeña. Una atmósfera mas gruesa, que la de Huancayo, y mayor nubosidad devuelven más energía al espacio

9 La Captura de la Energia... en realidad el Rol de la Fotosintesis

10 La vida sólo es posible si los seres vivos pueden capturar parte de la energía, que llega a la superficie del planeta, para utilizarla en su desarrollo y reproducción. El proceso biológico que permite esta captura es la fotosíntesis, propio de las plantas “verdes”. La fotosíntesis es un proceso muy antiguo y que ha dado origen a la proporción de gases de nuestra atmósfera, especialmente al porcentaje de oxígeno en ella:

11 La fórmula general es la siguiente: La fotosíntesis es una serie de procesos mediante los cuales la energía electromagnética de la luz solar es irreversiblemente convertida en energía química. El proceso convierte el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) en un azúcar, en presencia de la clorofila La fórmula general es la siguiente: 6 CO2 + 6 H2O + E.Solar (672 Kcal)  … ...  C6H12O6 + 6O2 + E. química Esta fórmula da la falsa idea de que el CO2 se combina con el agua. En realidad el proceso tiene 3 etapas:

12 1 -La energía solar es captada por la clorofila (es asimilada como “quanta” de energía) en el cloroplasto, en realidad en el grana, que mide unos 0.7 micras de diámetro, dentro del cloroplasto. 2- Esta energía solar es utilizada en la fase de la fotólisis (o ruptura con presencia de luz) para separar el agua en sus componentes: el ión Hidrogenión ( H+ ) y el oxígeno que se va a la atmósfera. Si cesara la fotosíntesis el oxígeno de la atmósfera se consumiría en unos 2,000 años.

13 3- La siguiente es la complicada fase de la fijación del CO2 que implica por lo menos 25 pasos en las reacciones químicas, algunos de los cuales no son totalmente conocidos. El CO2 se combina con una pentosa, esta proviene de los nutrientes absorbidos por las raíces, para formar la hexosa fructosa 1,6 difosfato que es el primer azúcar producto de la fotosíntesis. La combinación del carbono del CO2 con la pentosa es posible gracias a la fuerza reductora del Hidrogenión ( H+ ) activado en la fase anterior. La pentosa, a la izquierda en el gráfico, se llama la Ribulosa 1,5 difosfato y es la aceptora del CO2. El nombre de la hexosa ya lo conoces

14 A partir de la fructosa fosfato o fructosa P se obtienen otros compuestos más complejos, en realidad cadenas largas de azúcares: fructosa Fructosa P Glucosa glucosa Almidón P Celulosa A partir de estos compuestos es que la energía solar (y las materias) está disponible para los demás seres vivos. Revisa estos números !!

15 Es importante anotar que existen otros mecanismos para la fijación del CO2 se llama la quimiosíntesis mediante la cual el CO2 se une con la pentosa pero no se libera oxígeno pues el donante de Hidrogenión ( H+ ) no es el agua, de la cual se libera el O2, sino el hidrógeno sulfurado (HsS) y otros compuestos similares. Este es un proceso importante en la nutrición de las raíces de las plantas y en la obtención de energía por organismos simples como las bacterias (recuerda lo que anotamos sobre la vida en las fisuras a grandes profundidades en el mar).  Igualmente existen otras variantes de la fotosíntesis 

16 Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es capturada por la clorofila de las plantas ?Para saberlo, utilizaremos información proveniente de los campos de cultivo del medio oeste norteamericano, infortunadamente no tenemos información del país, pero los valores de energía entrante son similares a los de Huancayo y la planta considerada es el maíz (Zea mays). Así, la información nos será útil: Sobre estas tierras caen 0.35 langley / minuto, se siembra en ellas 1 hectárea (10,000 m2) de maíz y este crecerá durante 100 días. Las mediciones permiten presentar los siguientes resultados:

17 Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es capturada por la clorofila de las plantas ?La energía incorporada es solamente el 1.6 % del total de la energía incidente en el campo. ¡¡ esa es la eficiencia de conversión de energía del maíz !!.

18 Pero, ¿ cuánta energía, del total que llega al suelo, es capturada por la clorofila de las plantas ?En promedio (1.6%) esa es la eficiencia de conversión de energía de las plantas!!. Pueden notar que es una eficiencia muy baja. La naturaleza utiliza una “máquina” muy poco eficiente, las plantas, para capturar la energía que luego será utilizada por los otros seres vivos.

19 Los ciclos de la materia

20 Así como la energía, así también deben ser incorporadas materias, o elementos, o nutrientes que son utilizadas para construir la masa, el protoplasma, de los cuerpos de plantas y animales. Este es un proceso de reciclaje de todas las materias y suele llamársele con el nombre del elemento en cuestión: el ciclo del carbono, el ciclo del oxígeno, etc.

21 El gráfico siguiente, es una manera de representar el ciclo del fósforo, un elemento importantísimo en la creación de protoplasma (revisa las fórmulas de la fase de fijación del carbono) Otros elementos, siguen patrones cíclicos similares, más o menos complejos que los del fósforo. Este video te explica el ciclo del carbono.

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23 Es un ciclo simple, si se le compara con el del nitrógeno, pues son pocas las formas químicas en que existe el fósforo. Es también, un elemento raro al compararlo con el mismo nitrógeno; la relación del fósforo con este último elemento, en las aguas naturales, es de aproximadamente 1: 23. El fósforo circula en los compuestos orgánicos, hasta que se degradan para formar fosfatos y así están, nuevamente, a disposición de las plantas. El mayor reservorio se encuentra en las rocas fosfóricas (un importante afloramiento de ellas se encuentra en Bayóbar, Piura), formadas en remotas eras geológicas, de allí son erosionados y alimentan los ecosistemas. Mucho de el va hacia el mar, parte del cual es recuperado por las aves marinas, tal es el caso de los fabulosos depósitos de las aves guaneras de nuestro litoral

24 Las Cadenas y Tramas Alimenticias

25 La Cadena alimenticia es la transferencia de energía y nutrientes, a través de una sucesión de organismos, por medio de la repetición del proceso de comer y ser comidos. En la representación gráfica ves varios eslabones unidos por flechas o líneas, de allí su nombre. A la derecha el nombre del eslabón o “nivel trófico” de trophos que significa nutrición.

26 También observarás que las cadenas no son muy largas, que no tienen muchos eslabones y ello es porque las leyes de la termodinámica imponen un límite a la longitud de las mismas. Como ya hemos visto, en el tema de la captura de la energía por las plantas, la transferencia de la energía depende de la eficiencia conversora de los organismos.

27 Recordarás que la eficiencia conversora de las plantas es de 1Recordarás que la eficiencia conversora de las plantas es de 1.6 % en promedio, tal como lo indican las mediciones en un campo de maíz en crecimiento. La eficiencia conversora de los herbívoros y carnívoros, incluído el humano, es de alrededor del 15 %.

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29 Si una cadena más corta es lo que se propone, como una de las soluciones para alimentar a los humanos, entonces se requiere una propuesta tecnológica para realizar una “predigestión”, la ruptura de las moléculas de celulosa en sus azúcares componentes, antes de la ingestión del material “verde”.  La cual, dicho sea de paso, por supuesto existe.

30 Las Tramas o redes alimenticias

31 En la naturaleza los herbívoros se alimentan de muchas plantas y de muchas partes de plantas: hojas, yemas, brotes, flores, etc. Los herbívoros son, a su vez, presa de muchos diferentes carnívoros y estos son presa de muchos otros carnívoros, de nivel 2, o de muchos diferentes carroñeros. Finalmente, la cadena no es abierta en el nivel superior, los grandes carroñeros son descompuestos por los saprótrofos y retornan sus materiales a las plantas u organismos productores o autótrofos. Lo que en la realidad existe es una trama o red alimenticia en la que los diferentes niveles tróficos están unidos por una enmarañada red de relaciones presa y depredador ( o predator). Como siempre sucede, la realidad es mucho más complicada. La cadena alimenticia sólo existe, como entidad aislada, en la teoría ecológica.

32 Observen lo que ocurre, y no es una representación de todos los seres vivos, en las tierras del “Coto Oficial de Caza El Angolo”, en la frontera entre Piura y Tumbes, en ecosistemas del Bosque Seco del Noroeste del país

33 las piramides ecologicas

34 Estas son otras formas de expresar gráficamente las relaciones tróficas en el ecosistema. Todas estas formas incorporan, en los dibujos, los conceptos de nivel trófico y los de la eficiencia conversora. En los gráficos siguientes los colores representan los diferentes niveles de animales heterótrofos: naranja los herbívoros o consumidores primarios; rojo los carnívoros 1 y 2 o consumidores secundarios, terciarios y/o carroñeros, etc.

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38 Ahora, intentaremos visualizar lo que ocurre en una cadena o trama alimenticia, cuando se añaden al ecosistema sustancias extrañas, o contaminantes Igualmente, puedes recordar como identificar y graficar una trama alimenticia, revisando el trabajo de P.Vasquez

39 Pero, no sólo la energía y los nutrientes se movilizan siguiendo ciclos.Otros caracteres, por ejemplo los parámetros del clima (y los que ellos influencian, como el fenómeno del Niño) están sujetos también a ciclos muy… muy largos cuando los comparamos con la duración de nuestra vida como humanos. También …. El agua Revisa este y este.

40 Hemos revisado un poco de los procesos (y sus condicionantes) que siguen la energía, los nutrientes y los parámetros medioambientales: temperatura, proporción de gases; en su paso por nuestro planeta. Incluso algo hemos visto de sus variaciones en el corto y largo plazo. Ellos son los que hacen la vida posible: son los procesos ecológicos esenciales para el mantenimiento de la vida en el planeta Tierra. Ahora puedes regresar y revisar el siguiente principio del Desarrollo Sostenible