Unidad III: contaminación del agua y suelo

Contaminación del agua

Puede definirse como la introducción por el hombre, directa o indirectamente, de sustancias o energía en el ambiente acuático, incluyendo los océanos y los estuarios, que produzcan efectos tan perjudiciales como daños a los recursos vivos y para la salud humana, obstaculizando las actividades marinas, deterioro de la calidad del agua para su uso y reducción de los recursos turísticos.

La contaminación de los cuerpos de agua es de mucha gravedad, ya que inutiliza enormes cantidades de agua, para diferentes usos, que alteran su composición física química y biológica, así como su aspecto.
Se considera que existe contaminación de las aguas cuando sus características físicas, químicas y biológicas se encuentran alteradas, debido al vertido de residuo sólido o líquidos, que degradan el recurso de su estado natural y afecta directamente la salud humana y los recursos de la vida acuática.

Causas de la contaminación del agua

Desechos domésticos: Los desechos domésticos son de naturaleza orgánica e inorgánica; los primeros son los constituidos por las heces, orina, restos de alimentos de origen vegetal y animal; los segundos como el papel, vidrio, latas, plásticos, entre otros.

 Desechos industriales: Los productos de desechos de la agricultura y la ganadería; vertidos de aguas contaminadas usadas por las industrias en sus procesos productivos; los desechos sólidos arrojados a cualquier fuente de agua; el calor derivado de aguas usadas por la refrigeración y por el enfriamiento de turbinas de las plantas hidroeléctricas; por compuestos inorgánicos como el fósforo, potasio entre otros, metales que en grandes cantidades pueden afectar la vida acuática y al hombre; por desechos radioactivos que pueden acumularse en los tejidos corporales de los peces y de otros animales consumidos por el hombre; productos petroquímicos, sustancias aromáticas, detergentes y los plásticos; derrame de hidrocarburos, los cuales destruyen la fauna marina; insecticidas, funguicidas y herbicidas u otros que se utilicen en la lucha contra la malaria y otras enfermedades transmitidas por insectos; detergentes que llegan al mar a través de los ríos y alcantarillas y materiales plásticos de tipos diversos resistentes a la degradación bioquímica y química.

Los efectos que produce esta contaminación son físicos, químicos y biológicos, los cuales se explican a continuación:

Físicos: malos olores, alteración del color, cambios de temperatura, presencia de materiales flotantes que la enturbian, y si los contaminantes son en grandes proporciones o son sólidos de gran tamaño, dificultan su uso, las actividades turísticas, la pesca y la recreación.

Químicos: efectos de nutrientes como el fósforo y el nitrógeno ocasionan la eutrofización de los lagos y los ríos, manifestado por el crecimiento de cianofíceas y plantas acuáticas que ocupan la superficie del agua; los gases tóxicos como dióxido de azufre y óxido de nitrato, se combinan con el agua atmosférica y producen las lluvias ácidas, las cuales pueden dañar los depósitos de agua, los suelos y corroen los metales.

Biológicos: destrucción de ecosistemas acuáticos por muerte de especies animales y vegetales o por mutaciones de especies.

¿Qué efectos produce la contaminación del agua?
El mayor y más grave efecto que se produce con la contaminación es el de inutilizar enormes volúmenes de agua para los diferentes usos, es decir, para el consumo doméstico, industrial, agropecuario y recreacional, entre otros.
Al modificarse las características físico químicas naturales de los ríos, lagos, estuarios, embalses y el mar con descargas de líquidos o sólidos, cambios de temperatura, se ocasionan daños a los ecosistemas y efectos directos e indirectos (a través de las cadenas tróficas) sobre los organismos vivos (animales y vegetales) y la salud del hombre.
La contaminación en los cuerpos de agua, se manifiestan por medio de los cambios en el aspecto físico (olor, color, temperatura) y su composición química y biológica natural. En consecuencia, se altera su calidad y ya no resultan aptos para su aprovechamiento.
Las aguas provenientes del uso doméstico y de desechos animales contienen, entre otros, agentes patógenos (que causan enfermedades peligrosas), como bacterias, virus y protozoarios. Estos producen diarreas, cólera, hepatitis infecciosa, tifus, poliomielitis y enteritis. Las aguas servidas al ser descargadas, en los cuerpos de agua, contaminan y provocan la difusión de estas enfermedades. Otro de los efectos de estas descargas se relaciona con la contaminación por desechos orgánicos que son descompuestos por bacterias que usan oxígeno disuelto en el agua. Si la población bacteriana o de algas es muy grande puede agotar el gas, lo que trae como consecuencia, la muerte de peces y otras formas de vida acuática que necesitan del oxígeno para vivir.
Los desechos industriales, tanto líquidos como sólidos, contienen sustancias químicas orgánicas como: petróleo, gasolina, aceites, plásticos, biocidas, solventes, limpiadores, detergentes y sustancias químicas inorgánicas solubles en agua entre las que se encuentran los ácidos, sales y compuestos de metales tóxicos como el mercurio y el plomo, entre otros. Las sustancias con altos niveles tóxicos, al ser consumidas o entrar en contacto con seres vivos, amenazan la salud de éstos y el desarrollo de los organismos acuáticos.
El incremento de la turbidez de las aguas evita que algunos ríos, lagos y playas sean aprovechados para el turismo y la recreación. Además, producto de la contaminación se produce un desmejoramiento ostensible en el valor estético del paisaje.

Eutrofización

 Es el proceso mediante el cual los cuerpos de agua se enriquecen de sustancias nutritivas, sea por vía natural o incluida por el hombre. Las actividades agrícolas e industriales, la pesca intensiva, explotación doméstica e industrial, uso recreativo y otros usos extensivos del agua contribuyen a la eutrofización de los ríos y de los lagos (caso típico el “Lago de Maracaibo”). Este provoca cambios indeseables en la flora y la fauna, reduciendo el valor estético y lo económico de estas zonas húmedas y amenazando el futuro de valiosos recursos hídricos. Es el caso de la proliferación de la Lemna en el Lago de Maracaibo.

Las causas que dan origen a este problema vienen dadas por el establecimiento de centros urbanos e industriales en las cercanías o dentro de las cuencas hidrográficas, que al depositar sus desechos en las aguas, sin haber sido sometido a un tratamiento adecuado para desincorporar o transformar los elementos que originan la eutrofización, ocasiona el daño.

Contaminación del suelo

Consiste en la inutilización y degradación del suelo, debido principalmente a la salinización, contaminación química, perdida de nutrientes, erosión acelerada, conflictos de uso, quema, tala, el uso indiscriminado de agroquímicos, el sobre pastoreo, el efecto de invernadero a través de los gases tóxicos emanados de las industrias y automóviles, el mal manejo de los residuos y desechos sólidos en los vertederos municipales, y otros.

Manifestaciones de la contaminación del suelo

•La salinización: consiste en la acumulación de las sales en el suelo, generalmente sulfatos de sodio y de calcio, transportadas por el agua de riego sobre el suelo y el subsuelo formando capas en su superficie o en el subsuelo. El contenido de sales puede fluctuar con las condiciones del tiempo y con el manejo del sistema de riego, el cual en exceso se convierte en un riesgo de salinización del suelo.

• La contaminación química: se refiere a la introducción en el suelo de elementos químicos extraños y en dosis exageradas como ocurre con el empleo masivo de biocidas y fertilizantes; y también por el uso frecuente de plaguicidas, herbicidas y la sobre utilización de fertilizantes.

• La pérdida de nutrientes: se refiere al empobrecimiento gradual o acelerado del suelo por sobre explotación, sobre pastoreo o producción por monocultivo. Después de un corto período de producción, muchas tierras han sido abandonadas por la pérdida de sus nutrientes naturales, especialmente, en los sistemas de producción agrícola de subsistencia. Este degradante del suelo lo causan las prácticas agrícolas inadecuadas realizadas por los campesinos.

•Erosión acelerada: se define como el arrastre del material del suelo, por diversos agentes como el agua y el viento, haciéndolo improductivo. Este tipo de erosión a diferencia de la erosión natural, acelera el proceso de arrastre del material del suelo por las actividades que realiza el hombre sobre el paisaje natural. Dentro de las prácticas que contribuyen a la erosión aceleradas del suelo tenemos el sobre pastoreo, los cultivos en laderas o en sentido de la pendiente, la tala indiscriminada, incendio o deforestaciones en las cabeceras de los ríos y todo movimiento de tierra no controlado.

• Conflicto del uso: se establece un conflicto del uso del suelo cuando se le da un uso distinto o inapropiado para el cual tienen condiciones naturales. Por ejemplo, la subutilización de enormes extensiones de tierras fértiles, con capacidad de uso para una agricultura intensiva, son dedicadas por completo, a cultivos tradicionales de subsistencia o a la ganadería extensiva. También grandes extensiones de bosques protectores son deforestadas para aprovechar sus tierras en una agricultura de subsistencia o para pastizales. El conflicto de uso más extremo y ruinoso se establece cuando excelentes tierras agrícolas son totalmente inutilizadas como recurso productivo al convertirse en áreas de expansión urbana industrial y para construcción de obras de infraestructura, tales como carreteras, autopistas y embalses.

Unidad III: Contaminación ambiental: contaminación atmosférica

Contaminación Atmosférica:

La contaminación atmosférica se produce de dos formas: 1) por generación de ruido proveniente de cualquier fuente móvil o fija, a niveles que afecten todos los seres vivos que lo perciben y 2) cuando se le incorporan sustancias que no forman parte de su composición, en cantidades y duración que sean potencialmente dañinos a la vida de las personas, la vegetación, la fauna y demás seres vivos. De esta manera se producen efectos negativos sobre la recreación, el bienestar, la salud, la seguridad de las personas y las estructuras de cualquier tipo.

La contaminación del aire ha sido una característica de los lugares donde el hombre ha habitado desde que comenzó a agruparse en comunidades. Esta situación se agravó cuando se produjo la revolución industrial y se construyeron grandes núcleos urbanos y nuevos contaminantes se incorporaron al aire, derivados de las actividades industriales y los medios de transporte como consecuencia del uso de la energía.

Algunas sustancias que contaminan el aire son: gases tóxicos como el monóxido de carbono, aldehídos, benzopirenos, óxido de nitrógeno, azufre, amoníaco, compuestos de plomo y mercurio; partículas sólidas y productos de combustión incompleta; partículas sólidas producidas por la trituración o pulverización de materiales.

La contaminación atmosférica se define como la presencia en la atmósfera de sustancias que, por su naturaleza, son capaces de modificar los componentes naturales de ésta y alterar sus propiedades físicas o químicas. La concentración y el período de permanencia de estas sustancias pueden originar efectos nocivos sobre la salud de las personas y el ambiente en general. 

Se consideran contaminantes atmosféricos todos aquellos gases, partículas y olores, tanto de origen natural como derivados de actividades humanas, que alteran las características y composición del aire. La contaminación de este recurso; está estrechamente relacionada con el proceso de industrialización y urbanización, el cual ha provocado que la atmósfera sea receptora de sustancias gaseosas y partículas nocivas.

¿Cómo se produce la contaminación del aire?

Las emisiones que originan la contaminación son producidas por gases y partículas sólidas suspendidas en el aire. Existen más de un centenar de sustancias contaminantes del aire, entre las que se incluyen:

• Gases como el monóxido de carbono, aldehídos, benzopireno, óxido de nitrógeno y azufre, amoníaco, compuestos de plomo y mercurio y gases de efecto invernadero como los clorofluorocarbonos (CFC), metano y los halógenos.

• Partículas sólidas (hollín) resultantes de combustiones incompletas.

• Partículas sólidas producidas por trituración o pulverización de materiales. Ejemplos: canteras y cementeras.

Las fuentes de emisiones atmosféricas que producen contaminación, o alteran la calidad del aire son muy diversas. Entre éstas destacan:

• Vehículos automotores: son una de las principales fuentes de contaminación debido a la combustión completa o incompleta, que se produce en los motores cuando emiten al aire partículas sólidas y gases como monóxido de carbono, compuestos de plomo, dióxido de nitrógeno (dificulta la visibilidad, ocasiona problemas de salud) y otros.

• Actividad industrial: gran parte de las industrias producen emisiones atmosféricas que, debido a la tecnología y materias primas utilizadas en los procesos productivos, afectan la calidad del aire en los centros urbanos. Las fábricas emiten grandes cantidades de elementos contaminantes como vapores, polvos y humos. Entre las industrias con mayor nivel de capacidad para contaminar el aire están las plantas de cemento, industrias del hierro y acero, fabricación de cal y yeso, refinación de petróleo, industrias petroquímicas y las destinadas a la producción de abonos y biocidas.

• Quema de basura: una forma de tratamiento de la basura en el medio urbano es la quema; la cual se efectúa en espacios abiertos y sin controles previos. Esta práctica, produce emanaciones que llegan a la atmósfera tales como humo, vapores, polvos y gases provenientes de la combustión de materiales que contienen, además de desechos de origen doméstico, otras sustancias químicas como plásticos y colorantes.

• Trituración de materiales: se refiere a la trituración de materiales mediante molinos, taladros, fábricas de cemento, cal y yeso.

• Manipulación de materiales volátiles: en la sociedad actual, la fuente principal de energía está basada en la utilización del petróleo y sus derivados (especialmente gasolina, gasoil. querosene y metilaldehídos), los cuales son altamente volátiles, es decir, se evaporan con facilidad. Debido a su volatilidad, se emiten a la atmósfera grandes cantidades de estos compuestos durante su extracción, disposición, transporte y otras operaciones de manejo. 

¿Cómo afecta, la contaminación del aire?

Los principales contaminantes de la atmósfera son: Monóxido de carbono,óxidode azufre,óxido de nitrógeno, hidrocarburos y partículas sólidas del aire. Sus efectos sobre la salud del hombre son:

La Capa De Ozono

La cantidad de radiación solar que llega a la tierra, es regulada y controlada por la atmósfera mediante procesos muy complejos. La atmósfera está formada por una serie de capas constituidas a lo largo de la evolución del planeta. De todas estas capas, la más  importante es la estratosfera; por encontrarse en por encontrarse en ella la ozonosfera, lo cual hizo posible el desarrollo de la vida al absorber los rayos ultravioleta del sol, considerados muy perjudiciales para los seres vivos. Estos rompen los enlaces que deben existir entre el carbono-hidrógeno y las moléculas orgánicas y además disocian las moléculas del agua.

En los últimos años, se han encontrado evidencias de la parcial destrucción de la capa de ozono. La causa principal es la reacción de los clorofluorocarbonos o halocarbonos (CFC), que poseen un número variable de átomos de cloroflúor y bromo, utilizados en los aerosoles, refrigerantes y espumantes. Los clorofluorocarbonos al ser liberados en la atmósfera, permanecen en ella un periodo que puede llegar a los 300 y 1.000 años. Dichos compuestos no sufren en la troposfera cambios en su composición, lo cual les permite difundirse y llegar hasta la estratosfera, donde la radiación ultravioleta es mayor y puede disociar los clorofluorocarbonos y liberar los átomos de cloro y bromo, los cuales inician una reacción en cadena que destruye la capa de ozono. De esta manera, se facilita el paso de los rayos ultravioleta a la superficie terrestre.

                                                    

Los efectos producidos por la destrucción de la capa de ozono, y el consecuente aumento de las radiaciones solares, son: aumento del cáncer en la piel, degradación de la clorofila, disminución de la capacidad de fotosíntesis en las plantas y en el clima dada su capacidad para absorber los rayos ultravioleta, contribuye con el mantenimiento de la temperatura de la tierra.

http://elpais.com/diario/1991/10/19/sociedad/687826804_850215.html

    La Lluvia Ácida

Es producto del abuso del hombre al descargar en la atmósfera  contaminantes gaseosos, que han alterado las condiciones naturales de las lluvias en ciertas regiones, convirtiéndolas en una solución diluida de ácidos capaces de producir daños al ambiente y en los seres vivos. La lluvia natural o limpia tiene cierta acidez, derivada por la reacción de las aguas con los niveles normales de anhídrido carbónico (CO₂); formando ácido carbónico (H₂CO₃). Dicha acidez le sirve para disolver algunos minerales en la tierra y hacerlos disponibles a la vida animal y vegetal.

Cuando la lluvia está contaminada son muchos los efectos negativos que causa al ambiente. En los lagos y ríos la lluvia ácida ha causado la destrucción de los huevos de peces y anfibios y la destrucción de especies que forman la base de la cadena alimenticia; el crecimiento retardado de algunos bosques; reducción de la fotosíntesis de las plantas y corrosión de metales, mármol y otros materiales. Las lluvias ácidas en los bosques causan daño a la química del suelo lo que reduce la productividad de los bosques y, en consecuencia, los nutrientes que mantienen el equilibrio de los sistemas ecológicos. Para reducir este problema, se deben controlar las emisiones a la atmósfera de oxido de azufre y nitrógeno, cambiar los procesos de producción de gas o vapor, electricidad, combustible y otros contaminantes que afectan al aire.

El Efecto Invernadero

Se produce por la filtración de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera, contribuye a retener el calor de la tierra, que junto con la capa de ozono impide la filtración excesiva de los rayos ultravioleta. De no existir estos componentes se produciría un dramático enfriamiento nocturno en el planeta; al aumentar la presencia del dióxido de carbono, aumenta el exceso de calor retenido y se produce el efecto invernadero. La contaminación del aire se produce principalmente por la combustión de petróleo y carbón. Al arder estas sustancias liberan metales pesados que llevan cientos de años fijados a la corteza de la tierra. El problema más grave es el azufre, es lanzado a la atmósfera como dióxido de azufre (SO₂), aunque en contacto con el agua se convierte en ácido sulfuroso (H₂SO₃) y finalmente en ácido sulfúrico (H₂ SO₄). Este ácido corroe la maquinaria y los componentes metálicos y daña la piedra de los edificios, siendo un buen ejemplo la Acrópolis de Atenas. Sin embargo, las enfermedades respiratorias y pulmonares que generan en millones de personas constituyen un problema más grave.

Unidad II: Ciclos Biogeoquímicos

La materia circula desde los seres vivos hacia el ambiente abiótico, y viceversa. Esa circulación constituye los ciclos biogeoquímicos, que son los movimientos de agua, de carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y otros elementos que en forma permanente se conectan con los componentes bióticos y abióticos de la Tierra.

 Los componentes del entorno geológico son: 1) la atmósfera, constituida fundamentalmente por gases, que incluyen el vapor de agua; 2) la litosfera, la corteza sólida de la Tierra y 3) la hidrosfera, que comprende los océanos, lagos y ríos, que cubren ¾ partes de la superficie terrestre.

Los componentes biológicos de los ciclos biogeoquímicos incluyen los productores, consumidores y degradadores.

El papel de cada descomponedor puede ser muy especializado.

Como resultado de la actividad metabólica de los descomponedores, de los compuestos orgánicos se liberan sustancias inorgánicas al suelo o al agua. Desde el suelo o el agua, estas sustancias son vueltas a incorporar a los tejidos de los productores primarios, pasan a los consumidores y detritívoros y luego son entregadas a los descomponedores, de los cuales entran nuevamente en las plantas, repitiendo el ciclo.

Los elementos que necesitan los organismos vivos suelen estar presentes en sus tejidos en concentraciones más elevadas que en el aire, el suelo y el agua circundantes. Esta concentración de elementos resulta de la absorción selectiva de sustancias por las células vivas, amplificada por los efectos de concentración de las cadenas tróficas. En circunstancias naturales, este efecto de concentración –denominada también bioacumulación– suele ser variable; generalmente, los animales tienen un mayor requerimiento de minerales que las plantas, porque gran parte de la biomasa vegetal es celulosa. 

Los ciclos biogeoquímicos más importantes corresponden al agua, oxígeno, carbono y nitrógeno. Gracias a estos ciclos es posible que los elementos principales (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre) estén disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos. 

Los ciclos biogeoquímicos pueden ser gaseosos, sedimentarios y mixtos.

-Ciclos gaseosos

Los elementos casi siempre se distribuyen tanto en la atmósfera como en el agua y de ahí a los organismos, y así sucesivamente.

Los elementos que cumplen ciclos gaseosos son el carbono, el oxígeno y el nitrógeno.

La transformación de elementos de un estado a otro es relativamente rápida.

-Ciclos sedimentarios

Son aquellos donde los elementos permanecen formando parte de la tierra, ya sea en las rocas o en el fondo marino, y de ahí a los organismos. En estos, la transformación y recuperación de estos elementos es mucho más lenta. Ejemplos de ciclos sedimentarios son el del fósforo y el del azufre.

-Ciclos mixtos

El ciclo del agua es una combinación de los ciclos gaseoso y sedimentario, ya que esa sustancia permanece tanto en la atmósfera como en la corteza terrestre.

 Ciclo del agua

Los rayos solares calientan las aguas. El vapor sube a la troposfera en forma de gotitas. El agua se evapora y se concentra en las nubes. El viento traslada las nubes desde los océanos hacia los continentes.

A medida que se asciende bajan las temperaturas, por lo que el vapor se condensa. Es así que se desencadenan precipitaciones en forma de lluvia y nieve.

El agua caída forma los ríos y circula por ellos. Además, el agua se infiltra en la tierra y se incorpora a las aguas subterráneas (mantos freáticos). Por último, el agua de los ríos y del subsuelo desemboca en los mares.

Ciclo del carbono

El carbono, como dióxido de carbono, inicia su ciclo de la siguiente manera:

Durante la fotosíntesis, los organismos productores (vegetales terrestres y acuáticos) absorben el dióxido de carbono, ya sea disuelto en el aire o en el agua, para transformarlo en compuestos orgánicos. Los consumidores primarios se alimentan de esos productores utilizando y degradando los elementos de carbono presentes en la materia orgánica. Gran parte de ese carbono es liberado en forma de CO₂ por la respiración, mientras que otra parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros (consumidores secundarios), que se alimentan de los herbívoros. Es así como el carbono pasa a los animales colaborando en la formación de materia orgánica.

Los organismos de respiración aeróbica (los que utilizan oxígeno) aprovechan la glucosa durante ese proceso y al degradarla, es decir, cuando es utilizada en su metabolismo, el carbono que la forma se libera para convertirse nuevamente en dióxido de carbono que regresa a la atmósfera o al agua.

Los desechos de las plantas, de los animales y de restos de organismos se descomponen por la acción de hongos y bacterias. Durante este proceso de putrefacción por parte de los descomponedores, se desprende CO₂.

En niveles profundos del planeta, el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como el petróleo. Este importante compuesto se ha originado de los restos de organismos que vivieron hace miles de años. Durante las erupciones volcánicas se libera parte del carbono constituyente de las rocas de la corteza terrestre.

Una parte del dióxido de carbono disuelto en las aguas marinas ayuda a determinados organismos a formar estructuras como los caparazones de los caracoles de mar. Al morir, los restos de sus estructuras se depositan en el fondo del mar. Con el paso del tiempo, el carbono se disuelve en el agua y es utilizado nuevamente durante su ciclo.

 Los océanos contienen alrededor del 71% del carbono del planeta en forma de carbonato y bicarbonato. Un 3% adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y el fitoplancton. El carbón fósil representa un 22%. Los ecosistemas terrestres, donde los bosques constituyen la principal reserva, contienen alrededor del 3-4% del carbono total, mientras que un pequeño porcentaje se encuentra en la atmósfera circulante y es utilizado en la fotosíntesis.

Ciclo del oxígeno

El ciclo del oxígeno está estrechamente vinculado al del carbono, ya que el proceso por el cual el carbono es asimilado por las plantas (fotosíntesis) da lugar a la devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que en el proceso de respiración ocurre el efecto contrario.

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

El Nitrógeno

La reserva fundamental es la atmósfera, que está compuesta por un 78% de nitrógeno. No obstante, la mayoría de los seres vivos no lo puede utilizar en forma directa, con lo cual dependen de los minerales presentes en el suelo para su utilización. En los organismos productores el nitrógeno ingresa en forma de nitratos, y en los consumidores en forma de grupos amino. Existen algunas bacterias especiales que pueden utilizar directamente el nitrógeno atmosférico. Esas bacterias juegan un papel muy importante en el ciclo al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el nitrógeno en otras formas químicas como amonio y nitratos, para que puedan ser aprovechadas por las plantas.

Ciclo del nitrógeno

Está compuesto por las siguientes etapas.

1- Fijación: se produce cuando el nitrógeno atmosférico (N2) es transformado en amoníaco (NH3) por bacterias presentes en los suelos y en las aguas. Las bacterias del género Rhizobium sp. viven en simbiosis dentro de los nódulos que hay en las raíces de plantas leguminosas. En ambientes acuáticos, las cianobacterias son importantes fijadoras de nitrógeno.

2- Amonificación: es la transformación de compuestos nitrogenados orgánicos en amoníaco. En los animales, el metabolismo de los compuestos nitrogenados da lugar a la formación de amoníaco, siendo eliminado por la orina como urea (humanos y otros mamíferos), ácido úrico (aves e insectos) o directamente en amoníaco (algunos peces y organismos acuáticos). Estas sustancias son transformadas en amoníaco o en amonio por los descomponedores presentes en los suelos y aguas. Ese amoníaco queda a disposición de otro tipo de bacterias en las siguientes etapas.

3- Nitrificación: es la transformación del amoníaco o amonio (NH4+) en nitritos (NO2–) por un grupo de bacterias del género Nitrosomas para luego esos nitritos convertirse en nitratos (NO3–) mediante otras bacterias del género Nitrobacter.

4- Asimilación: las plantas toman el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3–) por las raíces para poder utilizarlos en su metabolismo. Usan esos átomos de nitrógeno para la síntesis de clorofila, de proteínas y de ácidos nucleicos (ADN y ARN). Los consumidores obtienen el nitrógeno al alimentarse de plantas y de otros animales.

5- Desnitrificación: proceso llevado a cabo por bacterias desnitrificantes que necesitan utilizar el oxígeno para su respiración en suelos poco aireados y mal drenados. Para ello, degradan los nitratos y liberan el nitrógeno no utilizado a la atmósfera.

Los ciclos biogeoquimicos o de la materia from cienciasdebebita

Ampliar información en el siguiente vínculo:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo04/tema05/01_04_05.htm

Unidad II: Cadenas alimentarias y redes tróficas

¿Qué son los ecosistemas?

Llamamos biota (de bios, vida) o comunidad biótica al agrupamiento de plantas, animales y microbios que observamos al estudiar bosques, pastizales, charcas, arrecifes de coral y áreas inexploradas.

Funcionamiento del Ecosistema

El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va pasando de un nivel al siguiente. La energía fluye a través de la cadena alimentaria solo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los productores en forma de energía luminosa y sale en forma de energía calorífica que ya no puede reutilizarse para mantener otro ecosistema en funcionamiento. Por esto no es posible un ciclo de energía similar al de los elementos químicos.

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

Cadenas Alimentarias

Categorías de organismos: Las principales categorías de organismos son (1) productores, (2) consumidores y (3) saprofitos y descomponedores. Juntos, estos grupos producen alimentos, los pasan por las cadenas alimentarias y devuelven los materiales originales a las partes abióticas del entorno.

Asociaciones Alimentarias: Cadena y Redes o Tramas Alimentarias y Niveles Tróficos

Al describir la estructura biótica de los ecosistemas, es evidente que las principales relaciones entre los organismos son de alimentación. Podemos identificar numerosas secuencias en que un organismo es comido por otro, y éste a su vez por uno más, etc.

Cada una de estas secuencias recibe el nombre de cadena alimentaria. No deja de ser interesante trazar estas cadenas, pero es importante tener presente que rara vez son entidades aisladas. Las poblaciones de herbívoros se alimentan de varias plantas distintas, y son presa de diferentes consumidores secundarios u omnívoros. En consecuencia, de hecho, todas las cadenas alimentarias están entretejidas y forman una red o trama de relación de alimentación. Así, se emplea la expresión trama alimentaria (también, red alimentaria) para denotar la compleja "malla" de cadenas alimentarias entreveradas.

Al margen del número de cadenas alimentarias teóricas y de la complejidad de sus tramas, hay un patrón simple general: básicamente, todas las cadenas avanzan por una serie de pasos o niveles, de los productores a los consumidores primarios (o saprofitos primarios) a los secundarios, etc., que llamamos niveles tróficos. Todos los productores pertenecen al primer nivel trófico; todos los consumidores primarios (en otras palabras, todos los herbívoros), que se alimenten de productores vivos o muertos, se encuentran en el segundo, y los organismos que se alimentan de éstos pertenecen al tercer nivel, etc.

Sea que consideremos la estructura biótica del ecosistema en términos de cadenas o tramas alimentarias o bien niveles tróficos, debemos observar que en cada paso hay un movimiento fundamental de un organismo al siguiente de nutrientes químicos y la energía almacenada que contienen. En fin, la cadena alimentaria: es la ruta del alimento desde un consumidor final dado hasta el productor.

En toda cadena alimenticia se va traspasando energía y materia de un nivel a otro, la energía va disminuyendo en cada nivel de la cadena, la energía traspasada disminuye también por el porcentaje considerable de ésta que se pierde como calor, que no es ocupado por ningún otro ser vivo. En el ecosistema la materia se recicla en un ciclo cerrado y la energía pasa y fluye, generando organización en el sistema.

¿Cómo son las redes tróficas o alimentarias?

La mayoría de los animales de un ambiente tiene una alimentación muy variada, come distintos tipos de organismos. Así, es posible agregar a la cadena alimentaria otros productores y consumidores, formando redes alimentarias. Las redes representan las diferentes relaciones alimentarias que se establecen en un ecosistema. La mayoría de los animales de un ambiente tiene una alimentación muy variada, come distintos tipos de organismos. Así, es posible agregar a la cadena alimentaria otros productores y consumidores, formando redes alimentarias. Las redes representan las diferentes relaciones alimentarias que se establecen en un ecosistema.
Algunos animales sólo comen una clase de alimento, y por consiguiente, son miembros de una sola cadena alimentaria. Otros animales comen muchas clases de alimentos y no sólo son miembros de diferentes cadenas alimenticias, sino que pueden ocupar diferentes posiciones en las distintas cadenas alimenticias. Un animal puede ser un consumidor primario en una cadena, comiendo plantas verdes, pero un consumidor secundario o terciario en otras cadenas, comiendo animales herbívoros u otros carnívoros.

De modo que la energía procedente originariamente del sol pasa a través de una red alimentaria o trófica. Las redes tróficas normalmente están compuestas por muchas cadenas alimentarias entrelazadas, que representan vías únicas hasta la red. Cualquier red o cadena alimentaria es esencialmente un sistema de transferencia de energía.

Ejemplos de Red Trófica o Alimentaria. Las flechas indican “es comido por”

Nivel Trófico

La cadena trófica, también llamada alimentaria o de nutrición, es la corriente de energía y nutrientes que se establece entre las distintas especies de un ecosistema por su alimentación. El nivel trófico es la posición de una especie en la red alimenticia, es decir un nivel de consumo dentro de una cadena alimenticia.

¿Cuántos niveles tróficos hay? No más de tres o cuatro en cada ecosistema, debido al nicho de una especie.

El hábitat se refiere a la clase de lugar —definida por la comunidad vegetal y el entorno físico— al que la especie está adaptada biológicamente para vivir; por ejemplo, un bosque caducifolio (de hojas caedizas), una ciénaga y una planicie de pastos denotan clases de hábitat. Las clases de bosques, perennifolios (de árboles hoja perenne, como las coníferas) o caducifolios (de árboles de hoja caediza), brindan hábitat marcadamente distintos y sostienen una variedad de fauna silvestre.

Aun si especies diferentes ocupan el mismo hábitat, la competencia puede ser ligera o inexistente para la mayor parte, porque cada especie tiene su nicho, que se refiere a qué come el animal, dónde y cuándo, dónde se refugia y dónde anida. Competidores en apariencia coexisten en el mismo hábitat, aunque en nichos diferentes; por ejemplo, los picamaderos, que se alimentan de insectos de la madera muerta, no compiten con las aves que se alimentan de semillas. Muchas especies de aves canoras coexisten en los bosques porque se alimentan de insectos a diferentes alturas de los árboles. Los murciélagos y las golondrinas se alimentan de insectos voladores, pero no compiten porque aquellos comen de noche y éstas de día.

Suele haber competencia entre especies cuando se superponen hábitat o nichos. Si dos especies compiten directamente en todos los aspectos, como a veces ocurre cuando se introduce alguna de otro continente, por lo regular una de las dos perece: tal es el principio de exclusión competitiva.

Todos los vegetales verdes necesitan agua, nutrientes y luz, y cuando crecen en el mismo lugar, una puede eliminar por competencia a las otras. En cambio, especies diferentes de plantas también se adaptan y especializan a sus condiciones particulares. Así, cada especie es capaz de vencer a la competencia si las condiciones son las adecuadas. Los mismos conceptos son válidos para las especies de los sistemas acuáticos dulces y marinos.

A continuación representaremos gráficamente los niveles tróficos:

Flujo de Energía:

Definimos energía como la capacidad de mover materia. En contrapartida, ningún cambio en el movimiento de la materia ocurre sin absorción o liberación de energía. Esto significa que ningún cambio en la materia desde la unión o la separación de pocos átomos en una reacción química hasta una gigantesca erupción volcánica se realiza sin los cambios respectivos de la energía.

Otra definición de energía la podemos considerar como “capacidad para realizar trabajo”. Toda la energía de la tierra, proviene del sol, o de su propia masa; aunque en términos operativos, la proporción con que la segunda participa como fuente energética en la dinámica ecológica del planeta es, en realidad casi nula, por lo que decimos que toda energía utilizada en los procesos de la atmósfera, hidrosfera y litosfera en la tierra, proviene directa o indirectamente, de manera mediata o inmediata del sol.

La Termodinámica: Es la parte de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.

Leyes de la energía: leyes de la termodinámica.

Primera ley de la termodinámica: la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. También se enuncia comúnmente como que "no se puede obtener algo de nada".

Segunda ley de la termodinámica, que dice que cualquier conversión energética terminará con menos energía de la que tenía al comenzar. Así, no sólo no se puede obtener algo de nada (primera ley), sino que ni siquiera se puede salir a mano.

La energía fluye a través de los distintos componentes vivos del ecosistema. Parte de ella se disipa, pero no se pierde para el ecosistema total.

¿QUÉ SUCEDE CON LA ENERGÍA A TRAVÉS DE LAS TRAMAS TRÓFICAS?

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:http://www.biologia.edu.ar/ecologia/FUNCIONAM%20DE%20UN%20ECOSISTEMA.htm

Unidad II: Ambiente y sus elementos

El Ambiente

Se entiende por ambiente el entorno o suma total de aquello que nos rodea y que afecta y condiciona especialmente las circunstancias de vida de las personas o la sociedad en su conjunto. Comprende el conjunto de elementos biológicos, químicos, físicos y socioculturales, es un todo integrado, cuyos componentes se encuentran interrelacionados.

Ecología

La Ecología es la ciencia que se ocupa de las interrelaciones existentes entre los organismos vivos, vegetales o animales, y su ambiente (medio ambiente) ya que estos no son entidades aisladas, sino que están relacionadas entre si y con el entorno.

Éstos pueden ser estudiados en muchos niveles diferentes, desde las proteínas y ácidos nucleicos (en la bioquímica y la biología molecular), a las células (biología celular), tejidos (histología), individuos (botánica, zoología, fisiología, bacteriología, virología, micología y otras) y, finalmente, al nivel de las poblaciones, comunidades, ecosistemas y la biosfera.
La Biosfera

Para los ecólogos modernos, la ecología puede ser estudiada en varios niveles: nivel de población (personas de la misma especie en el mismo o similar medio ambiente), nivel biocenosis (o de la comunidad de las especies), nivel ecosistemas y nivel biosfera. 
Los seres vivientes se encuentran sólo dentro de un región muy limitada de la tierra que llamamos la Biosfera. Esta es la materia viva del planeta, o la parte del planeta ocupada por la vida y alcanza la hidrosfera, litosfera y atmósfera.
La Biosfera se extiende desde la parte más profunda del océano hasta unos pocos miles de metros en la atmósfera. En el seno de esta región ocurren diversas interacciones entre las especies.
La biosfera se compone de unas unidades llamadas Ecosistemas.
Ecosistemas y sus componentes
Se denomina ecosistema a todas las interacciones que se establecen entre los seres vivos y entre éstos y el ambiente en que se encuentran. Un ecosistema es la totalidad de los vegetales y los animales de una determinada región, junto con el entorno físico donde viven. Por definición, el ecosistema está formado por elementos con vida (bióticos) y sin vida (abióticos). Dentro de los primeros se incluyen los animales, vegetales, algas, hongos, bacterias y protozoarios. Los factores abióticos son el agua, el suelo, el aire, los rayos solares, los factores climáticos, etc. Los ecosistemas son sistemas complejos, por lo que cualquier variación que ocurra en uno de sus componentes traerá consecuencias en todos los demás componentes. Por esa razón es importante saber las distintas relaciones que se establecen entre los seres vivos y su entorno.
También podemos definir el ecosistema como todos los organismos que viven en comunidad (biocenosis) y todos los factores abióticos o biotopo, con los cuales los organismos actúan de manera recíproca.

Los seres autótrofos son aquellos que tienen la capacidad de sintetizar por si mismo materia orgánica, es decir, las plantas verdes con clorofila que realizan la fotosíntesis.

Loa seres heterótrofos  son aquellos que por no poseer clorofila no realizan la fotosíntesis, es decir, tienen que alimentarse de otros seres vivos; están representados por animales entre ellos: los mamíferos, las aves, los reptiles y los anfibios como las lombrices, los insectos y los microbios, que comprenden un extenso conjunto de bacterias, hongos y protozoarios microscópicos.

Clasificación de los ecosistemas

Los ecosistemas pueden ser clasificados en aeroterrestres y acuáticos, dependiendo del lugar (aire, tierra, agua) en que se lleva a cabo la vida de los organismos vivos. Son ecosistemas aeroterrestres los bosques, las praderas, el desierto, una playa, una montaña, un tronco de árbol caído, etc. Dentro de los ecosistemas acuáticos se diferencian aquellos que son de agua dulce (ecosistemas acuáticos continentales) como los ríos, lagos, lagunas, arroyos, charcas, etc. y los de aguas saladas (ecosistemas marinos), como los mares y océanos. Los límites de los ecosistemas terrestres pueden distinguirse a partir del tipo de vegetación predominante. 

Ampliar información en los siguientes vínculos:

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo02/tema01/01_

02_01.htm

Lectura: "Ambiente-Ecosistemas" enviada por el docente

Unidad II: Ambiente y su dinámica.Los sistemas. Los seres vivos como sistemas

LOS SISTEMAS

Cada día es más frecuente el uso de la palabra “Sistema” en el lenguaje habitual, asimismo cada vez es más frecuente asociar esta palabra con el nombre de algunas profesiones, por ejemplo, analista de sistemas, ingeniero de sistemas y otros. Por otra parte, pueden presentarse ejemplos de sistemas mecánicos (computadoras, redes telefónicas, motores); sistemas biológicos (los seres vivos); sistemas sociales (la familia, la educación) y sistemas terrestres (ciclo del agua, placas tectónicas).

El “sistema”, desde el punto de vista científico, se define como una agrupación de elementos relacionados entre sí, naturalmente de manera armónica y articulada. En el campo de la Física, el término sistema, se refiere a un conjunto de cuerpos que interaccionan entre sí y son factibles de se sometidos a acciones internas. Hoy en día, se toma el enfoque Sistémico o Teoría General de Sistemas para dar explicaciones sobre diversos temas.

Los sistemas, sean biológicos, sociales o terrestres se caracterizan por actuar en un ámbito determinado, mediante una estructura u organización establecida, a través de un conjunto dinámico de interacciones que da origen a etapas sucesivas de evolución. Los componentes  o partes de un sistema coordinados en su interacción forman un conjunto con características propias para formar un sistema de relaciones mutuas.

Características de los sistemas

 Pueden ser varias, de mayor o menor interés y gran utilidad, tales como relaciones armónicas, coherentes y bien articuladas, para que la disposición y arreglo de las partes del todo, o sea la estructura cumpla su parte funcional en su totalidad, que sería determinada por las interacciones para el buen funcionamiento del sistema .Cada una de las partes que forma el sistema tiene una función específica, pero para mantener el conjunto en funcionamiento unas dependen de otras, es decir, actúan de manera integrada.  Además, deben estudiarse todos los componentes para la producción de un buen trabajo: sinergia.

 De acuerdo a su origen, un sistema puede ser natural, artificial (hecho por el hombre) o híbrido (una combinación de los dos anteriores). Es así que un sistema natural puede ser representado por un lago, un río, una planta o un animal, un sistema artificial por una escuela, un automóvil o una computadora y un sistema híbrido por una central hidroeléctrica.

Desde el punto de vista de la organización o magnitud existen sistemas, subsistemas y suprasistemas, es decir, hay niveles entre ellos de acuerdo al interés que se trate. Es así que un país puede considerarse como un sistema, formado por subsistemas que serían sus provincias o estados. Por otra parte, ese país como sistema es, a su vez, un subsistema dentro de un sistema mayor denominado suprasistema, que vendría a ser el continente geográfico al que pertenece esa nación.

En general, hablar de sistema, subsistema o suprasistema varía de acuerdo al interés en donde uno se ubique para el análisis. El sistema nervioso y el sistema digestivo son subsistemas de un sistema mayor que es el individuo, a la vez incluido dentro de un suprasistema que sería la población donde vive ese individuo. Nuestro Sistema Solar o Planetario, es pequeño, si lo comparamos con otros astros del Universo, constituiría  un subsistema, ya que forma una mínima parte de la Vía Láctea, a la cual pertenece, y esta sería un suprasistema más complejo por estar formado por millones de estrellas. La ubicación del sistema corresponde al espacio que se llama ámbito, y por consiguiente, van a originarse relaciones de intercambio para formar parte  de un sistema.

 Respecto de su funcionamiento, los sistemas pueden ser aislados, cerrados o abiertos. Son aislados cuando su frontera o límite impide cualquier tipo de intercambio, ya sea de materia, energía, recurso o información. Por lo tanto, no reciben ningún recurso externo por ser herméticos a cualquier acción del ambiente. Un ejemplo de sistema aislado sería una reacción química que tenga lugar en un recipiente totalmente sellado. Un sistema es cerrado cuando su límite solo permite el intercambio de energía, por ejemplo, una olla a presión.

Un sistema es abierto cuando presenta relaciones de intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas. Los sistemas abiertos intercambian materia y energía regularmente con el medio ambiente. Son eminentemente adaptativos, o sea que para sobrevivir deben reajustarse constantemente a las condiciones del medio.

 Todos los sistemas tienen tendencia a la estabilización o equilibrio de sus partes, siempre y cuando no se produzcan perturbaciones, lo que acarrearía la ruptura del equilibrio del sistema. Así, por ejemplo, el planeta Júpiter alteró la órbita de un cometa de mayor trayectoria orbital para reducirla a otra menor. La entropía es la tendencia de los sistemas a desgastarse, a desintegrarse, para el relajamiento de los estándares y un aumento de la aleatoriedad. La entropía aumenta al pasar el tiempo. Si aumenta la información, disminuye la entropía ya que la información es la base de la configuración y el orden. A partir de esta entropía surge la información como medio o instrumento de ordenación del sistema.

La homeostasia es el equilibrio dinámico entre las partes del sistema. Los sistemas tienen una tendencia a la adaptación con el fin de alcanzar un equilibrio interno frente a los cambios externos del entorno, confiriéndole capacidad evolutiva pasando por fases sucesivas de estabilización y equilibrio, produciéndose en esas fases una serie de transformaciones.

De esta manera una organización será comprendida como un sistema o subsistema, un suprasistema, dependiendo del enfoque que construyamos. El sistema total es aquel representado por todos los componentes (partes) y relaciones necesarios para la realización de un objetivo, dado un cierto número de restricciones.

¿Los seres vivos somos sistemas?

Los seres vivos, también somos sistemas. Ejemplo: el cuerpo humano está integrado por órganos que cumplen funciones distintas y en, conjunto, actúan de manera coordinada y permiten el desarrollo de la vida.

Ampliar información en los siguientes vinculos:
http://www.uhu.es/cine.educacion/didactica/0012sistemas.htm

http://www.unamerida.com/archivospdf/306%20Lectura3.2.pdf

Lectura enviada por el docente