El medio ambiente como sistemaDefinición de medio ambienteEl medio ambiente es el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto o largo, sobre los seres vivos y las actividades humanas. (Definición de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente en Estocolmo 1972).

El poder de alterar el ambiente Una gran parte de la humanidad actual vivimos en una sociedad industrial altamente compleja. En poco más de un siglo nuestra civilización ha pasado de la carreta tirada por caballos al automóvil y del barco de vela al avión. Los avances en medicina, agricultura, electrónica, informática, química, etc. han sido tan grandes que se ha producido una auténtica revolución, muy positiva, en la vida humana. La principal responsable de este profundo cambio ha sido la ciencia moderna.

Pero en la segunda mitad del siglo XX nos hemos encontrado, de forma un tanto inesperada, con una situación nueva. Los grandes avances científicos han traído con ellos importantes problemas. La civilización científica y técnica ha ido alterando el ambiente de una forma tan poderosa que ha llegado a ser amenazante para el equilibrio del planeta. Los problemas ambientales han pasado a ser protagonistas de la vida social y política en estos últimos decenios y conocerlos bien, con rigor científico, es una necesidad para cualquier ciudadano.

La Tierra: un sistema complejo

Precisamente el gran interés por los problemas ambientales -que estudiaremos con detalle en este curso-, nos ha hecho entender la importancia de tener una visión global de la Tierra.

Los seres vivos, los ecosistemas, el conjunto de la biosfera, la Tierra, el Universo, son sistemas complejos en los que se establecen infinidad de relaciones entre sus componentes. Cuando introducimos una modificación en uno de estos sistemas no es fácil predecir cuales van a ser las consecuencias. No son sistemas simples en los que cuando movemos una palanca podemos predecir el resultado con exactitud.

Por esto, en el estudio de los problemas ambientales se unen muchas ciencias distintas. Biología, geología, física y química y otras ciencias positivas son imprescindibles para su estudio, pero también lo son la economía, el derecho, la religión, la ética, la política y otras ciencias sociales. En la problemática ambiental va a ser muy frecuente no encontrar soluciones únicas a las dificultades. A veces habrá un abanico de soluciones y en otras ocasiones no habrá ninguna clara y habrá que elegir la que mejor se adapte a las circunstancias en las que nos encontramos. Sería un grave error estudiar las ciencias ambientales como si fueran un conjunto de recetas claras a unos problemas perfectamente definidos. Son, más bien, una oportunidad de discutir, consensuar y probar diferentes soluciones y formas de enfrentarse con el problema, después de conocer bien todos los hechos que afectan al problema que estemos analizando.

Ecosistemas

El concepto de ecosistema es especialmente interesante para comprender el funcionamiento de la naturaleza y multitud de cuestiones ambientales que se tratarán con detalle en próximos capítulos.

Hay que insistir en que la vida humana se desarrolla en estrecha relación con la naturaleza y que su funcionamiento nos afecta totalmente. Es un error considerar que nuestros avances tecnológicos: coches, grandes casas, industria, etc. nos permiten vivir al margen del resto de la biosfera y el estudio de los ecosistemas, de su estructura y de su funcionamiento, nos demuestra la profundidad de estas relaciones.

Definición de ecosistemaLos ecosistemas son sistemas complejos como el bosque, el río o el lago, formados por una trama de elementos físicos (el biotopo) y biológicos (la biocenosis o comunidad de organismos).El ecosistema es el nivel de organización de la naturaleza que interesa a la ecología. En la naturaleza los átomos están organizados en moléculas y estas en células. Las células forman tejidos y estos órganos que se reúnen en sistemas, como el digestivo o el circulatorio. Un organismo vivo está formado por varios sistemas anatómico-fisiológicos íntimamente unidos entre sí.

La organización de la naturaleza en niveles superiores al de los organismos es la que interesa a la ecología. Los organismos viven en poblaciones que se estructuran en comunidades. El concepto de ecosistema aún es más amplio que el de comunidad porque un ecosistema incluye, además de la comunidad, el ambiente no vivo, con todas las características de clima, temperatura, sustancias químicas presentes, condiciones geológicas, etc. El ecosistema estudia las relaciones que mantienen estre sí los seres vivos que componen la comunidad, pero también las relaciones con los factores no vivos.

Unidad de estudio de la Ecología

El ecosistema es la unidad de trabajo, estudio e investigación de la Ecología. Es un sistema complejo en el que interactúan los seres vivos entre sí y con el conjunto de factores no vivos que forman el ambiente: temperatura, sustancias químicas presentes, clima, características geológicas, etc.

La ecología estudia a la naturaleza como un gran conjunto en el que las condiciones físicas y los seres vivos interactúan entre sí en un complejo entramado de relaciones.

En ocasiones el estudio ecológico se centra en un campo de trabajo muy local y específico, pero en otros casos se interesa por cuestiones muy generales. Un ecólogo puede estar estudiando como afectan las condiciones de luz y temperatura a las encinas, mientras otro estudia como fluye la energía en la selva tropical; pero lo específico de la ecología es que siempre estudia las relaciones entre los organismos y de estos con el medio no vivo, es decir, el ecosistema.

Ejemplos de ecosistemas.- La ecosfera en su conjunto es el ecosistema mayor. Abarca todo el planeta y reúne a todos los seres vivos en sus relaciones con el ambiente no vivo de toda la Tierra. Pero dentro de este gran sistema hay subsistemas que son ecosistemas más delimitados. Así, por ejemplo, el océano, un lago, un bosque, o incluso, un árbol, o una manzana que se esté pudriendo son ecosistemas que poseen patrones de funcionamiento en los que podemos encontrar paralelismos fundamentales que nos permiten agruparlos en el concepto de ecosistema.

Funcionamiento del ecosistema 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 primera y principal de energía es el sol. En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento continuo de los materiales. Los diferentes elementos químicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven, cerrándose el ciclo, al suelo o al agua o al aire.  En el ecosistema la materia se recicla -en un ciclo cerrado- y la energía pasa - fluye- generando organización en el sistema.

Figura 4-2 > Ciclo energético del ecosistema

Los componentes bióticos de un ecosistema son los seres vivos que lo integran. Los miembros de cada comunidad desempeñan cada uno su papel dentro del ecosistema. Todos necesitan nutrirse de una forma u otra y así se organizan en niveles tróficos: productores (realizan la fotosíntesis), consumidores primarios (comen a los productores), consumidores secundarios (comen a los primarios), consumidores terciarios (comen a los carnívoros), descomponedores (se alimentan de restos de seres vivos) y transformadores (transforman la materia orgánica en sales minerales).

Estudio del ecosistema Al estudiar los ecosistemas interesa más el conocimiento de las relaciones entre los elementos, que el cómo son estos elementos. Los seres vivos concretos le interesan al ecólogo por la función que cumplen en el ecosistema, no en sí mismos como le pueden interesar al zoólogo o al botánico. Para el estudio del ecosistema es indiferente, en cierta forma, que el depredador sea un león o un tiburón. La función que cumplen en el flujo de energía y en el ciclo de los materiales son similares y es lo que interesa en ecología. 

Como sistema complejo que es, cualquier variación en un componente del sistema repercutirá en todos los demás componentes. Por eso son tan importantes la s relaciones que se establecen.Los ecosistemas se estudian analizando las relaciones alimentarias, los ciclos de la materia y los flujos de energía. a) Relaciones alimentarias.- La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra desde el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica.

Ejemplo de cadena trófica

Las redes de alimentación (reunión de todas las cadenas tróficas) comienzan en las plantas (productores) que captan la energía luminosa con su actividad fotosintética y la convierten en energía química almacenada en moléculas orgánicas. Las plantas son devoradas por otros seres vivos que forman el nivel trófico de los consumidores primarios (herbívoros).La cadena alimentaria más corta estaría formada por los dos eslabones citados (ej.: elefantes alimentándose de la vegetación). Pero los herbívoros suelen ser presa, generalmente, de los carnívoros (depredadores) que son consumidores secundarios en el ecosistema. Ejemplos de cadenas alimentarias de tres eslabones serían:

hierba vaca hombre

algas krill ballena.

Las cadenas alimentarias suelen tener, como mucho, cuatro o cinco eslabones - seis constituyen ya un caso excepcional-. Ej. de cadena larga sería:

Algas rotíferos tardigrados nemátodos musaraña autillo

Pero las cadenas alimentarias no acaban en el depredador cumbre (ej.: autillo), sino que como todo ser vivo muere, existen necrófagos, como algunos hongos o bacterias que se alimentan de los residuos muertos y detritos en general (organismos descomponedores o detritívoros). De esta forma se soluciona en la naturaleza el problema de los residuos.

Los detritos (restos orgánicos de seres vivos) constituyen en muchas ocasiones el inicio de nuevas cadenas tróficas. Por ej., los animales de los fondos abisales se nutren de los detritos que van descendiendo de la superficie.

Las diferentes cadenas alimentarias no están aisladas en el ecosistema sino que forman un entramado entre sí y se suele hablar de red trófica.Una representación muy útil para estudiar todo este entramado trófico son las pirámides de biomasa, energía o nº de individuos. En ellas se ponen varios pisos con su anchura o su superficie proporcional a la magnitud representada. En el piso bajo se sitúan los productores; por encima los consumidores de primer orden (herbívoros), después los de segundo orden (carnívoros) y así sucesivamente.

Pirámide de energía de una cadena trófica acuática

 b) Ciclos de la materia.- Los elementos químicos que forman los seres vivos (oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre y fósforo, etc.) van pasando de unos niveles tróficos a otros. Las plantas los recogen del suelo o de la atmósfera y los convierten en moléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Los animales los toman de las plantas o de otros animales. Después los van devolviendo a la tierra, la atmósfera o las aguas por la respiración, las heces o la descomposición de los cadáveres, cuando mueren. De esta forma encontramos en todo ecosistema unos ciclos del oxígeno, el carbono, hidrógeno, nitrógeno, etc. cuyo estudio es esencial para conocer su funcionamiento.

  c) Flujo de energía

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 sólo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los productores a los descomponedores. La energía entra en el ecosistema 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 la energía similar al de los elementos químicos.

 Suelo El suelo, substrato imprescindible de la vida en el medio terrestre. En él se sujetan y de él se nutren las plantas, de cuya producción dependen los demás niveles del ecosistema; parte fundamental del suelo son las grandes cantidades de hongos, algas, bacterias y minúsculos animales que realizan tareas básicas en el ecosistema como son cerrar los ciclos de los elementos o descomponer los restos orgánicos. El suelo es, en sí mismo, un complejo ecosistema.

Principales ecosistemasConocer el suelo, las praderas, los bosques, los océanos o los humedales, entre otros varios ecosistemas, es fundamental para entender el funcionamiento de nuestro planeta. Hay varios tipos de ecosistemas, muy extendidos por todo el mundo, cuyo estudio permite tener una visión global de la marcha que ha tenido la vida en la Tierra. En este capítulo estudiaremos los más importantes.

Biomas terrestres y marinos Los diferentes biomas terrestres: tundra, taiga, bosques templados y tropicales, estepas, matorrales, etc. Su distribución en la superficie de la Tierra está condicionada por el clima y forman un gran mosaico de estilos de vida que recubre los continentes. Los océanos y sus diversas zonas, en las que la profundidad, cercanía a la costa, movimientos de las corrientes marinas, etc. determinan diferentes ecosistemas con funcionamientos muy distintos entre sí.

ORGANIZACIÓN DE LA BIOSFERA

La Biosfera es el conjunto de todos los biomas del planeta. Es la zona de la tierra donde se desarrolla la vida. Comprende la parte inferior de la atmósfera (troposfera), la hidrosfera (aguas sólidas, líquidas y gaseosas) y la litosfera o suelo.

ORGANIZACIÓN DE LA BIOSFERA

Biomas del mundo:

La Biosfera se divide en áreas según las condiciones ambientales, condicionadas fundamentalmente por el clima. Así la Biosfera se organiza en Biomas: áreas climáticas de características particulares donde viven comunidades de seres vivos particulares.

Biomas terrestres

1. Se llama así a los grandes ecosistemas terrestres, fácilmente distinguibles por el aspecto de sus comunidades porque cada uno tiene un tipo de vegetación muy característico (hierba, árboles perennifolios, caducifolios, matorral, etc.).

2. Los biomas (zonas bioclimáticas) son unas divisiones apropiadas para organizar el mundo natural debido a que los organismos que viven en ellos poseen constelaciones comunes de adaptaciones, particularmente al clima de cada una de las zonas y a los tipos característicos de vegetación que se desarrollan en ellos http://www.jmarcano.com/nociones/bioma/biomes.html

Biomas terrestres

DesiertoTundraTaigaBosque templadoPraderas, estepas y sabanasSelva

Ecosistemas terrestres

Principales biomas

Tundra:Medio físico-químico: entre 70º de latitud y zonas de nieves perpetuas. Se limita al Hemisferio Norte alrededor del Océano Glaciar Ártico. La temperatura máxima en verano es de 10ºC. El suelo está helado. Existen dos estaciones al año: seis meses de largo y oscuro invierno y seis meses de día permanente.Seres vivos: musgos, líquenes, arbustos y pequeños arbolitos (sauce enano), en verano pastos y prados con charcos invadidos por insectos. Existen pocos animales pero son muy característicos: lemnings, alces, liebres árticas, lince, zorro ártico y búho nival.

Taiga:Medio físico-químico: 60º de latitud hasta la tundra. Inviernos fríos y con nieve muchos días. Temperaturas máximas más altas que en la tundra. Seres vivos: Bosques de coníferas (cedros, abetos y píceas), arbustos como brezos y arándanos. Existen charcas con turberas. La fauna es similar a la de la tundra, con ardillas

Mares y océanosMedio físico-químico: Con agua salada y poco movimiento. Zonación de profundidad donde el factor limitante es la temperatura y la luz. Seres vivos: Las costas y la superficie marina con gran diversidad de animales acuáticos o adaptados al medio acuático. Las zonas medias o profundas casi desérticas.

DesiertosMedio físico-químico: Escasa precipitación, menor de 125 mm/año. Grandes fluctuaciones de temperatura en el mismo día (40ºC de día y 0ºC en la noche). Seres vivos: vegetación xerófila, plantas adaptadas a vivir con poco agua como cactus, chumberas, pitas... evitando la pérdida de agua y absorbiendo el rocío nocturno. Fauna adaptada a la escasez de agua: camellos, zorros del desierto, reptiles e insectos y arácnidos.

Alta montaña Medio físico-químico: Bajas temperaturas y abundancia de nieve. Zonas más altas de las montañas que no están en la zona polar. Seres vivos: vegetación y fauna pobre pero característica.

Selvas y bosques ecuatoriales Medio físico-químico: Zona ecuatorial, con vientos alisios. Régimen de lluvias abundante y altas temperaturas todo el año. La temperatura media es de 27ºC y la pluviosidad de 2000 - 4000 mm. Seres vivos: Árboles densos y variados en estratos. Con muchas plantas epífitas. No llega la luz al suelo, por ello no existe el estrato herbáceo. Fauna rica en animales trepadores que viven en las ramas de los distintos estratos. Abundancia de plantas saprófitas y raíces aéreas. Arbustos de 4,5 m de altura y hierbas de más de 1 m. El estrato arbóreo se divide en tres capas, forma una bóveda con las copas de hasta 40 m de altura y troncos rectos. Fauna con representación abundante de todos los tipos zoológicos.