Bosques y ecosistemas / Ciclos en el bosque
Un ecosistema –como el bosque- se mantiene en funcionamiento, gracias al flujo de energía que va pasando de un nivel a otro. La energía fluye a través de la cadena alimentaria sólo en una dirección: va siempre desde el sol (ingresando como energía luminosa), a través de los productores, a los descomponedores (sale en forma de energía calórica).
Ciclos de la materia
Los seres vivos están formados fundamentalmente por oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno que, en conjunto, componen más del 95% de su peso.
Estos elementos también se encuentran en la naturaleza no viva, como la atmósfera (O2, N2 y CO2), suelo (H2O, nitratos, fosfatos y otras sales) y rocas (fosfatos, carbonatos, etc.).
Son captados por los vegetales (autótrofos) de la tierra y el aire y transformados en moléculas orgánicas como carbohidratos, lípidos, aminoácidos, etc., base de la alimentación para herbívoros (heterótrofos) de donde obtienen energía.
¿Cuál es la importancia de los ciclos de la materia en el ecosistema?
Los ciclos de la materia o también conocidos como ciclos biogeoquímicos, son activados directa o indirectamente por la energía que proviene del Sol.
Una sustancia química puede ser parte de un organismo en un momento y parte del ambiente del organismo en otro. Gracias a estos ciclos es posible que los elementos se encuentren disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos la vida se extinguiría.
¿Cuáles son los ciclos de la materia?
Hay tres tipos los cuales están interconectados:
- Ciclos gaseosos, los nutrientes circulan principalmente entre el agua y los organismos vivos y los elementos son reciclados rápidamente (horas o días). Los principales ciclos gaseosos son los del carbono, oxígeno y nitrógeno.
- Ciclos sedimentarios, los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre (suelo y sedimentos) la hidrosfera y los organismos vivos. Los elementos son reciclados más lentamente que los ciclos anteriores, retenidos en las rocas sedimentarias. El fósforo y el azufre son dos de los 36 elementos reciclados de esta manera.
- Ciclo hidrológico; el agua circula entre el océano, el aire, la tierra y los organismos vivos. Este ciclo también distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta. Las superficies cubiertas por bosques ejercen un efecto regulador sobre el micro-clima local, ya que son áreas boscosas que regulan el agua que cae en el invierno y permite en época estival constituirse en refugio de distintas especies de fauna y permite la germinación de especies nativas.
CICLO DEL AGUA
Este ciclo, colecta, purifica y distribuye la cantidad fijo de agua de la tierra. Además está enlazado con los otros ciclos de la materia, porque el agua es un medio importante para el movimiento de los nutrientes dentro y fuera de los ecosistemas.
¿Qué es el agua?
El agua está constituida por hidrógeno y oxígeno, que son gases que no tienen color ni olor, por eso el agua tiene esas características.
¿Por qué es un elemento escaso?
Existe gran cantidad de agua salada, pero la cantidad de agua dulce, que es la más utilizada por el hombre para usos domésticos, industriales, comerciales o turísticos, es reducida.
Del porcentaje de aguas dulces solo un 0,014% se encuentra disponible para el hombre y los demás seres vivos. El resto se encuentra formando por glaciares, casquetes polares o como aguas subterráneas.
¿Por qué se dice que el agua es fundamental para la vida?
El agua forma parte de los tejidos de plantas y animales, permitiendo, entre otras funciones, la distribución de los nutrientes y la regulación de la temperatura corporal. En el caso del cuerpo humano, cerca del 90% está constituida por agua, al igual que en un tronco de árbol.
¿En qué forma el agua está disponible para los seres vivos?
El agua se encuentra en distintos estados en la naturaleza, estado líquido, (en un río), estado gaseoso (como nubes), o en estado sólido (témpano de hielo).
Este camino que recorre el agua entre la atmósfera, la tierra y el mar, pasando por los diferentes estados, es conocido como ciclo hidrológico, el cual es aprovechado por todos los seres vivos, regulando además la temperatura ambiental de la Tierra.
¿Qué es el ciclo hidrológico o ciclo del agua?
Se denomina Ciclo Hidrológico o ciclo del agua al movimiento general del agua, ascendente por evaporación y descendente, primero por las precipitaciones y después en forma de escorrentía superficial y subterránea. El ciclo hidrológico es un proceso en el cual una pequeña cantidad de agua que existe en la atmósfera tiene la particularidad de moverse o circular de forma constante entre la atmósfera, la tierra y el mar, lo que se produce mediante la precipitación y la evaporación.
El movimiento del agua a través del sistema tierra-atmósfera se inicia con la producción de vapor de agua por evaporación y transpiración procedente del agua y la superficie terrestre (incluida la vegetación); el agua permanece en la atmósfera por condensación (nubes) y se deposita en la tierra y las superficies de agua por precipitación (lagos, glaciares) o pasa al subsuelo como agua subterránea, o bien se evapora o transpira (para iniciar el ciclo siguiente), volviendo al mar por medio del flujo de los ríos.
Para comprender este ciclo, es necesario entender algunos conceptos importantes como:
a) Evaporación: Corresponde a la parte de agua que se devuelve a la atmósfera desde la superficie del suelo o desde las hojas de los árboles. A este último fenómeno se le denomina Intercepción, y en lluvias de corta duración sobre zonas de bosque puede devolver a la atmósfera una gran parte del agua precipitada sin haber tocado el suelo.
b) Infiltración: Divide al agua entregada a la superficie del suelo en flujo superficial y agua en el suelo, pudiendo seguir caminos como:
b.1) Evaporación: Se evapora desde el suelo húmedo, sin relación con la posible vegetación.
b.2) Transpiración: Las raíces de las plantas absorben el agua infiltrada en el suelo, una pequeña parte es retenida para su crecimiento y la mayor parte es transpirada. De esta forma, la suma de Evaporación + Transpiración, forma la Evapotranspiración.
b.3) Escorrentía sub-superficial: Corresponde al flujo de agua que tras un corto recorrido subterráneamente vuelve a salir a la superficie.
c) Escorrentía Superficial: El agua de las precipitaciones que no es evaporada ni infiltrada, escurre superficialmente. Aun así, puede ocurrir que:
c.1) Una parte es evaporada: desde la superficie de ríos, lagos y embalses también se evapora una pequeña parte (proporcionalmente pequeña, si consideramos el total de una gran cuenca, pero puede ser muy importante en lugares áridos que se abastecen con un embalse).
c.2) Otra parte, puede quedar retenida como nieve o hielo o en lagos o embalses (escorrentía superficial diferida).
c.3) Finalmente una parte importante es la escorrentía superficial rápida que sigue su camino hacia el mar.
¿Cuál es la importancia de las plantas en el ciclo del agua?
Las plantas juegan un rol importante en el ciclo del agua, ya que la purifican mediante el proceso de transpiración: las raíces de las plantas absorben agua desde el suelo, la cual se desplaza hacia arriba a través de los tallos o troncos, al llegar hacia las hojas y flores se evapora hacia el aire en forma de vapor de agua.
Esta es una de las maneras que tiene la naturaleza de crear vapor de agua, el cual se eleva para formar nubes, las que eventualmente darán origen a las lluvias y nieves.
La lluvia que cae sobre un terreno que tiene una capa vegetal, se distribuye aproximadamente de la siguiente manera:
El 80% del agua lluvia cae al suelo en forma directa, pero pierde su acción erosiva al amortiguarse con las partes del árbol.
El suelo mayoritariamente desnudo en el que se establecen los cultivos forestales se vuelve poroso, por lo que el agua se infiltra, llegando a las napas freáticas.
El 20% del agua lluvia es interceptada por las copas de los árboles y se devuelve a la atmósfera mediante la evaporación.
Del agua que se infiltra, el 50% llega a los depósitos subterráneos; el 25% es usado por las plantas y devuelto posteriormente a la atmósfera por medio de la transpiración de los vegetales y el 25% restante, se evapora desde las capas superficiales del suelo y se devuelve al ciclo del agua.
Según el tipo de árbol se necesitan hasta 4 milímetros de lluvia para humedecer la superficie de las hojas. Luego las gotas de agua alcanzan un tamaño que supera la tensión superficial de las hojas y caen al suelo. A la vez, gran parte del agua retenida en la superficie de las hojas se evapora. Es decir, la intercepción produce pérdida de agua.
¿Cuál es la importancia de los bosques para el ciclo del agua?
Los bosques filtran y limpian el agua, amortiguan las lluvias fuertes que de otra manera erosionarían los suelos al golpear directamente, y ayudan en mantienen los caudales de los ríos. A su vez, el agua transporta nutrientes disueltos y los distribuye por todo el suelo del bosque.
Los bosques actúan como "esponjas", capaces de recoger y almacenar grandes cantidades del agua de lluvia. Los suelos forestales absorben cuatro veces más agua de lluvia que los suelos cubiertos por pastos, y 18 veces más que el suelo desnudo.
Con sus profundos sistemas de raíces, los árboles son capaces de extraer agua de zonas profundas del suelo. El agua se mueve por el árbol y se usa en la fotosíntesis, en el enfriamiento, y en otros procesos de crecimiento. Se evapora, como vapor de agua, desde las hojas. En este ciclo, los árboles son "fuentes de agua" vivientes que redistribuyen el líquido: la humedad, que se quedaría atrapada en forma subterránea si no fuera por los árboles, es liberada a través de sus hojas hacia el aire, donde luego se condensa formando nubes y cae de nuevo en forma de lluvia.
El bosque evita que la erosión ya que, el agua que cae en el dosel del bosque, luego cae suavemente al suelo con mucho menor fuerza que la lluvia directa.
¿La presencia de bosques mejora la calidad del agua?
La calidad del agua, para cualquier tipo de uso, depende de sus características físicas, químicas y biológicas.
Sin embargo, la cubierta vegetal, y el bosque como estrato superior de un ecosistema forestal, contribuye a que a través de las escorrentías, tanto superficiales como subterráneas, el agua se acerque progresivamente, a la composición del agua destilada (agua que es sometida a un proceso de pureza, eliminando microorganismos, sales minerales y otros agentes extraños a la constitución propia del agua).
La inexistencia de sedimentos en las aguas que drenan las áreas del bosque, dan lugar a una gran calidad de agua en cuanto a materias en suspensión. Por otro lado, hay que considerar la menor temperatura del agua en estos cursos, que propicia un mayor contenido en oxígeno y, por tanto, una mayor capacidad de depuración.
Un curso de agua que fluye por una zona deforestada mantiene una temperatura entre 3 y 7 grados por encima del que corre entre una zona con bosques.
Los árboles controlan además la cantidad de nutrientes que salen del ecosistema arrastrados por las aguas de escorrentía, frenando los procesos de eutrofización.
¿Cómo es el ciclo hidrológico en un terreno sin vegetación?
Completamente diferente, cuando no hay una vegetación que proteja los suelos o las laderas que forman una cuenca hidrográfica, el agua de lluvia que precipita al no encontrar algo que la retenga con sus hojas, ramas y raíces en el suelo, escurre rápidamente hacia las partes bajas, provocando bruscas subidas de caudales, pero también violentas disminuciones. Además, como no hay vegetación que produzca sombra, el agua está totalmente expuesta a los rayos solares, lo que aumenta su evaporación disminuyendo su utilidad.
El agua es esencial para la vida en el planeta y por lo tanto para las sociedades humanas.
CICLO DEL CARBONO
El carbono representa alrededor del 18% de la materia viva y fuera de la materia orgánica, el carbono se encuentra en forma de dióxido de carbono (CO2) y en las rocas carbonatadas (calizas, coral).
Los organismos autótrofos toman el dióxido de carbono y lo reducen a compuestos orgánicos: carbohidratos, proteínas, lípidos y otros mediante el proceso fotosintético. Los productores terrestres obtienen el dióxido de carbono de la atmósfera y los productores acuáticos lo utilizan disuelto en el agua (como bicarbonato, HCO3-).
Las redes alimentarias ( a qué se refiere?) dependen del carbono, no solamente en lo que se refiere a su estructura sino también a su energía.
CICLO DEL NITRÓGENO
Todos los seres vivos requieren de átomos de nitrógeno para la síntesis de proteínas. El aire contiene 79% de nitrógeno y se utiliza como el reservorio de esta sustancia. A pesar del gran tamaño del patrimonio de nitrógeno, a menudo es uno de los ingredientes limitantes de los seres vivos. Esto se debe a que la mayoría de los organismos no puede utilizar nitrógeno en forma elemental, es decir: como gas N2.
Para que las plantas puedan sintetizar proteína tienen que obtener el nitrógeno en forma "fijada", es decir: incorporado en compuestos. La forma más comúnmente utilizada es la de iones de nitrato, NO3. Sin embargo, otras sustancias tales como el amoníaco NH3 y la urea (NH2) 2CO, se utilizan con éxito tanto en los sistemas naturales como en forma de fertilizantes en la agricultura.
CICLO DEL OXÍGENO
El oxígeno se encuentra en la atmósfera en forma molecular (O2) o en forma de gas carbonado (CO2), el cual abastece las necesidades de todos los organismos terrestres y acuáticos respiradores.
En el proceso de la respiración, los átomos de oxígeno se combinan con átomos de hidrógeno dando como producto agua. El agua formada en este proceso, denominada agua metabólica, es en parte utilizada en procesos metabólicos y la restante eliminada a través de transpiración, heces etc.
Por consiguiente los átomos de oxigeno pueden: (1) volver a la atmósfera a través de la respiración o por descomposición de organismos o (2) son incorporados a la materia orgánica.
El ciclo se completa en la fotosíntesis ya que el CO2 y agua utilizada en este proceso es reducida liberando átomos de oxigeno molecular.
Por cada molécula de oxígeno utilizada en la respiración celular, se libera una molécula de bióxido de carbono.
Inversamente, por cada molécula de bióxido de carbono absorbida en la fotosíntesis, se libera una molécula de oxígeno.
Las tres principales fuentes no vivas de átomos de oxígeno para los seres vivos son por tanto, gas, oxígeno (O2), gas carbono (CO2) y agua (H2O). Esos tres tipos de moléculas están constantemente intercambiando átomos de oxigeno entre sí, durante los procesos metabólicos de la biosfera.
FOTOSINTESIS
Las plantas necesitan la luz para fabricar su alimento. La luz es utilizada como fuente de energía para transformar el CO2 en compuestos orgánicos indispensables para la vida en un proceso denominado Fotosíntesis.
¿Qué es la fotosíntesis?
Consiste en una serie de procesos mediante los cuales las plantas, algas y algunas bacterias captan y utilizan la energía de la luz para transformar la materia inorgánica de su medio externo en materia orgánica que utilizarán para su crecimiento y desarrollo.
Las plantas tienen la capacidad de captar el CO2 y con ayuda de la luz solar convertirlo en azúcares y otras substancias que requieren para vivir (fotosíntesis), De manera general se puede decir que las plantas, a través de la fotosíntesis, convierten al CO2 en biomasa. Así, las plantas extraen el carbono de la atmósfera (en forma de CO2) y lo almacenan en las ramas, los tronco, las raíces etc.
La hoja es la zona principal de una planta en la cual se desarrolla la fotosíntesis.
¿Cuál es la importancia de la fotosíntesis?
La importancia es que todas las otras formas de vida dependen de este proceso realizado por plantas denominados productores primarios, ya que son los que inician e introducen el flujo de energía en ecosistemas y en toda la biósfera.
¿Qué factores afectan la fotosíntesis?
La fotosíntesis al igual que todos los procesos fisiológicos se ve influenciada por factores internos de la planta como contenido de agua y apertura de estomas, entre otros.
¿Influye la calidad del suelo en este proceso?
La cantidad de nutrientes disponibles en una planta depende directamente de los nutrientes que contenga el suelo donde se encuentra plantada.
El suelo debe tener todos los nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas, una estructura que las mantenga firmes y derechas. La estructura del suelo debe asegurar suficiente aire y agua para las raíces.
Por lo tanto, los cultivos saludables crecerán solamente si el suelo tiene suficientes nutrientes.
¿Cuáles son las fases de la fotosíntesis?
La fotosíntesis se divide en dos fases.
- FASE I o Fase luminosa: ocurre en los tilacoides, donde se capta la energía de la luz y ésta es almacenada en dos moléculas orgánicas sencillas (ATP y NADPH).
- FASE II o Fase oscura: Se llama así porque no requiere de la energía de la luz, a pesar de que puede haber luz presente. Tiene lugar en los estomas y las dos moléculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilación del CO2 atmosférico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moléculas orgánicas que componen los seres vivos (aminoácidos, lípidos, nucleótidos, etc).
¿De qué depende la velocidad con que se produce la Fotosíntesis?
La fotosíntesis se considera como la reacción química más importante que se lleva a cabo sobre la Tierra, hasta tal punto que se cree que cada dos mil años el proceso reemplaza todo el oxígeno de la atmósfera.
La velocidad de la fotosíntesis depende de:
1. Concentración de CO2
2. Intensidad de luz, aunque una luz de intensidad excesiva podría destruir la clorofila (pigmentos de plantas y algas)
3. Abundancia de clorofila
4. Temperatura del ambiente, las variaciones provocan cambios en la velocidad de la reacción.
5. Incremento en la velocidad de respiración
6. Caída precoz de las hojas, disminuye velocidad
¿Por qué nos interesa la velocidad con que se produce la Fotosíntesis?
Porque las plantas deben su crecimiento casi completamente a la fotosíntesis, es decir, gracias a la reducción fotoquímica del dióxido de carbono con electrones provenientes del agua. Los factores que inciden sobre este proceso determinan directamente la productividad agrícola y el rendimiento de los cultivos.
¿Qué pasa en el bosque?
La cantidad de luz solar que alcanza el suelo depende de la cantidad, disposición y tipo de hojas de árboles o arbustos.
Las hojas de los árboles que crecen en la sombra son más anchas para interceptar mayor cantidad de luz solar, que las que están zonas más altas de los árboles.
Los árboles se distribuyen verticalmente formando estratos, en los cuales se absorbe o atenúa la luz, limitando su llegada al suelo.