Sustentabilidad

CÁPITULO 2. Flujo de energía y ciclos biogeoquímicos.

La tierra funciona con base en dos procesos fundamentales: el flujo de energía y el ciclado de las sustancias o materias, ambos procesos son determinados y regulados por los seres vivos.

2.1. Flujo de energía

El tercer principio básico de la naturaleza establece que la Tierra es un sistema abierto con respecto al flujo de energía.

Con base a 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, no obstante y a pesar de conocimiento y tecnologías generadas a lo largo del desarrollo humano, el ser humano no puede crear o destruir la energía, solo transformarla.

2.1.1. El equilibrio energético de la Tierra

Del total de la energía generada por el Sol, a nuestro planeta llega un 10% como radiación ultravioleta (rayos UV), 45%luz visible y 45% de radiación infrarroja. Esta radiación incide 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.

A partir de Sol se inicia el flujo de energía; la cual viaja a través del espacio y demora de siete a ocho minutos en llegar a nuestro planeta, un 34% es inmediatamente reflejado por las nubes, sustancias químicas y polvo suspendido en la atmósfera y la superficie terrestre. Del 66% remanente, 42% calienta la atmósfera y la superficie del planeta, 22% evapora el agua y la circula a través de la ecosfera y el 1% genera los vientos. El 1% restante es capturado por las plantas verdes u organismos fotosintéticos y es utilizado para producir compuestos orgánicos a través del proceso de la fotosíntesis.

Del 100% de la energía solar que recibe la Tierra, 99% es retornada al espacio exterior por los procesos de reflexión e irradiación, los cuales 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 donde es capturada y transformada de energía a energía biomasa por las plantas fotosintéticas u organismos productores y esta energía química es dispersada a través de la cadena alimenticia a los consumidores (herbívoros, carnívoros y omnívoros) y desintegradores. 2.1.2. Pirámides ecológicas

El balance energético a lo largo de las cadenas tróficas es explicado por la Segunda Ley de Termodinámica, la cual indica que en cada transformación se pierde o disipa energía en forma de calor o en otras palabras la energía inicial se degrada a otra forma de energía menos útil o menos concentrada.

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.

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

Ø Es la fuente de energía para los procesos biológicos y físicos.

Ø Condiciona los flujos de energía dentro de los ecosistemas.

Ø Y condiciona la intensidad y frecuencia de los otros elementos del clima.

2.2. Ciclos biogeoquímicos

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

La importancia de los ciclos biogeoquímicos es que al ciclar las sustancias las renuevan, purifican y conservan y definen productividad y sustentabilidad de los ecosistemas. De acuerdo con Miller (1994) hay tres tipos de ciclos biogeoquímicos interconectados: gaseosos, sedimentario e hidrológico.

2.2.1. Flujo de materia

Los intercambios de sustancias químicas en la biosfera ocurren de 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 ésta retorna nuevamente a la fase ambiental.

Del total de elementos químicos en la Tierra, 26 constituyen parte de los seres vivos, donde el carbono (C), hidrogeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S) son los mayores constituyentes de los tejidos de los organismos y componen el 95% de la biosfera (Schlesinger, 1991). 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, del carbono y del nitrógeno.

2.2.2.1. Ciclo del oxígeno

El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. El almacenamiento del carbón orgánico y la liberación del oxígeno (O) por el proceso de la fotosíntesis es esencial para la vida. Este 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 de las sustancias más oxidantes en el 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 obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica. (Schlesinger, 1991).

El 20% de oxígeno de la atmósfera es un producto directo de la

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