Ecología Básica/Energía en los Ecosistemas

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Capítulo 14

Energía en Ecosistemas

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Existen diferentes factores que controlan la productividad primaria desde la energía y el flujo de biomasa. El flujo de energía es la cantidad de energía que se mueve a través de la cadena alimenticia. La energía de entrada, o iferentes especies y las relaciones tróficas.

Un ejemplo del concepto del flujo de energía través de los niveles tróficos de una cadena alimenticia.

La fuente más grande de energía para un ecosistema es el sol. La energía que no es usada en un ecosistema eventualmente se pierde como calor. Energía y nutrientes pasan a través de la cadena alimenticia, cuando un organismo come a otro organismo. Cualquier energía remanente en el organismo muerto es consumida por los descomponedores. Los nutrientes pueden ser reciclados a través de un ecosistema, pero la energía simplemente se pierde pasado un tiempo.

Un ejemplo del flujo de energía en un ecosistema podría ser con los autótrofos que captan energía del sol. Los herbivoros entonces se alimentan de los autótrofos y cambia la energía desde la planta hacia la energía que pueden usar. Los carnivoros subsecuentemente se alimentan de los herbivoros y, finalmente otros carnivoros cazarán a estos carnivoros.

En cada caso, la energía pasa desde un nivel trófico al nivel trófico próximo y cada vez algo de energía se pierde como calor hacia el entorno. Esto se debe al hecho de que cada organismo debe usar algo de energía de la que recibe de otros organismos para poder sobrevivir. El consumidor superior de una cadena alimenticia será el organismo que recibe la menor cantidad de energía.

Hairston and Hairston (1993) creen que existe una relación causa efecto que se produce en cualquier estructura trófica. Especificamente, ellos establecen que esto es la estructura trófica, más que la energética que controla la contidad de energía consumida en cada nivel trófico y que “las eficiencias ecológicas” son el producto de una estructura trófica, y no de un factor determinado. Además, ellos establecen que la estructura trófica es asimismo el resultado de la competencia y las intercaciones predador-presa. Es importante recordar que muchas especies pueden ocupar cada nivel trófico y están sujetas a competencia interespecífica. Esto es esencialmente verdad para productores, carnivoros y descomponedores (Hairston, Smith, and Slobodkin, 1960)

Energía

Energía es la capacidad de realizar trabajo. La vida se manifiesta en si misma en los cambios de energía, asunto que tratan las leyes de la termodinámica.

Los esositemas existen y operan en virtud de un flujo de energía a través de los componentes del sistema y los procesos termodinámicos (el movimiento de la energía) la verdadera base de la Biosfera organizando los principios introducidos en Capítulo 2. Antes de continuar hacia la relación entre la ecología y la termodinámica, es necesario contruir una comprensión básica de la física de la energía, simplemente una demostración adicional del hecho que la ecología es multidiciplinaria, requiriendo de sus estudiantes un conocimiento amplio en todas las ciencias.

Leer: Energía - Siguiendo los enlaces y una adecuada lectura sólo lo necesario para obtener una comprensión básica Leer: Leyes de la Termodinámica - Leer los articulos expandidos necesarios para comprender estos principios básicos de los cambios de energía Leer: Principios de Energética - Aquí encontrará un conjunto de articulos relacionados, incluyendo varios con un enfoque ecológico.

El Sol es la fuente más común de energía en cada ecosistema

Existen varias fuentes de energía disponibles para su explotación en en la Tierra (por ejemplo, geotermal, nuclear ...), la más relevante es la energía solar.

La luz y otras radiaciones fluyendo desde el sol a la Tierra a 148 millones de kilómetros de distancia, proveen de energía a la atmósfera, los mares, y la tierra, calentando los objetos que absorben esta energía (movimiento molecular).

El calentamiento diferencial provoca los vientos y las corrientes en el aire y el agua, la energía de calentamiento se vuelve "energía cinética" o del movimiento. Calentamineto que deriva en la evaporación del agua hacia la atmósfera, estableciendo el ciclo hidrológico (Capítulo 4), la liberación del agua hacia la atmósfera se vuelve energía potencial la que se convertirá en energía cinética cuando el agua regresa en un flujo montañas abajo. Sin embargo, laenergía solar conduce al más importante proceso vinculado a los sistemas vivientes que es la fotosíntesis. La energía lumínica es convertida por células fotosintéticas en una forma de energía potencial mantenida en los enlaces químicos de los compuestos orgánicos. Los organismos requieren tanto la substancia como la energía almacenada de los compuestos químicos para funcionar y crecer, y eventualmente reproducirse (tema de estudio de la Bioquímica). La substancia puede proveeer los bloques de construcción de los componentes celulares y extracelulares que comprende la estructura y la energía para mover substancias alrededor, efectuar las recciones químicas, y llevar a cabo todos los procesos del organismos e intracelulares (tema de estudio de la Bioquímica).

Constante Solar

La Constante Solar es la cantidad promedio de energía radiante del Sol que alcanza la atmósfera de la Tierra. Este valor es calculado en 2 calorías por minuto por cada cm² en la parte superior de la atmósfera terrestre. Este valor puede cambiar debido a los cambios estacionales, por efecto de la trayectoria elíptica y por las diferencias en la inclinación del norte o el sur, los cuales afectan su magnitud. La radiación neta es aquella que permanece luego de que alguna de las energía sea reflejada por la superficie de la Tierra. Los cálculos para la constante solar se hacen utilizando la unidad astronomica (UA) la cual es la distancia media entre la Tierra y el Sol. Una UA es equivalente a 149.604.970 km (92.960.000 millas).

El movimiento del aire y la evaporación son factores importantes que regulan la temperatura de la Tierra desde la energía del sol. Los movimientos del aire permiten a la energía ser emitida al espacio y sin reflexión de la energía la Tierra podría rápidamente sobrecalentarse y la vida podría extinguirse. Esta interacción es también muy importante para la conservación de los casquetes polares de la Tierra. Una disminución en la constante solar del 2-5% podría ser suficiente para crear una segunda edad del hielo.

Rol de los organismos en el Flujo de Energía

Producción primaria y secundaria

Las leyes de la termodinámica y como ellas se relacionan a la ecología

Primera ley de la Termodinámica

La energía no se crea ni se destruye solamente se transforma

Segunda ley de la Termodinámica

La energía se degrada continuamente en energía térmica. Dicho de otro modo en cualquier conversión de energía nunca se puede obtener el 100% de eficacia, puesto que una parte se degrada indefectiblemente y se pierde en forma de calor.

Por otro lado la 2ª ley de la Termodinámica, nos indica que la calidad de la energía tiende siempre hacia una forma menos útil, lo que equivale a que el desorden en el Universo, tiende a crecer. Este desorden se asocia con un término físico denominado entropía. Esta tendencia al aumento de la entropía se manifiesta en que sin entradas de energía exteriores, los sistemas tienden hacia un mayor desorden. Por ejemplo, las creaciones humanas sin un adecuado mantenimiento tienden de forma natural a disgregarse y desaparecer y no al revés, a auto regenerarse. Otra forma de verlo es que todos los sistemas tienden espontáneamente hacia la menor energía potencial, lo que implica abandonar calor hacia el exterior. Así, el agua siempre tiende a fluir ladera abajo, de forma natural

Tercera ley de la Termodinámica

La energía cedida siempre será menor a la energía captada.

Pirámides Ecológicas

Referencias

• ^[1] A.J. Colea, M.S. Pratchetta and G.P. Jonesa (2009) Effects of coral bleaching on the feeding response of two species of coral-feeding fish. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 1: 11-15
• ^[2]Galucci, V. F. (1973) On the principles of thermodynamics in ecology. Annual Review of Ecology and Systematics. 4,:329-357.
• ^[3] Hairston, Nelson G., Jr. and Nelson G. Hairston, Sr. 1993. Cause and Effect Relationships in Energy Flow, Trophic Structure and Interspecific Interactions. The American Naturalist 142(3): 379-411.
• ^[4] Hairston, Nelson G., Frederick E. Smith, and Lawrence B. Slobodkin. 1960. Community Structure, Population Control, and Competition. The American Naturalist XCIV(879): 421-425.
• ^[5] Hedin, O. L., von Fischer, J. C., Ostrom, N. E., Kennedy, B. P., Brown, M. G., and Robertson, G. P. (1998). Thermodynamic constraints on nitrogen transformations and other biogeochemical processes at soil-stream interfaces. Ecology. 79,:684-703.
• ^[6] Hughes, T. P. (2003) Climate Change, Human Impacts, and the Resilience of CoralReefs. Science (301): 929-933
• ^[7] North, Gerald R. 1975. Anylitical Solution to a Simple Climate Model with Diffusive Heat Transport. Journal of the Atmospheric Sciences 32: 1301-1307
• ^[8] Sellers, William D. 1969. A Global Climatic Model Based on the Energy Balance of the Earth-Atmosphere System Journal of Applied Metiorology 8: 392-400