7.5. ¿CÓMO SE MIDE LA ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA?



Biomasa: Es el término que se ultiliza para indicar la cantidad de materia orgánica de la que está formado un individuo, un nivel trófico o el conjunto de un ecosistema.
La biomasa se mide en gramos, kilogramos o toneladas de materia orgánica seca por unidad de superficie o volumen. Otra forma de medirla es en kilojulios por unidad de superficie o volumen, ya que en la biomasa se almacena energía.

La biomasa, como recurso energético, puede clasificarse en:

1.Biomasa natural: La produce la naturaleza con intervención humana, por ejemplo las podas naturales de los bosques. El problema que presenta este tipo de biomasa es la necesaria gestión de la adquisición y transporte del recurso al lugar de utilización. Esto puede provocar que la explotación de esta biomasa sea inviable económicamente.Imagen 1
2.Biomasa residual: Es el residuo generado en las actividades agrícolas y ganaderas, así como residuos liquidos de la industria agroalimentaria (cáscaras,bagazos,vinazas, etc.) y en la industria de transformación de la madera ( fábricas de papel, muebles, aserraderos, etc.) Imagen 2
3.Cultivos energéticos: Son aquellos que están destinados a la producción de biocombustibles. Estos los podemos dividir en:
- Cultivos ya existentes como los cereales.
- Lignocelulósicos forestales como el chopo.
- Lignocelulósicos herbáceos como el cardo.
- Otros cultivos como la patata.
Imagen 3 .
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Imagen 1.Biomasa Natural.
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Imagen 2 .Biomasa Residual.
Imagen 3 .Cultivos Energéticos.
Imagen 3 .Cultivos Energéticos.




Hay una serie de procesos especiales para el uso de la biomasa existen procesos termoquímicos que mediante reacciones exotérmicas transforman parte de la energía química de la biomasa en energía térmica. Dentro de estos métodos se encuentran la combustión* y la pirólisis*. La energía térmica obtenida puede ultilizarse para calefacción; para uso industrial, como la generación de vapor; o para transformarla en otro tipo de energía, como la eléctrica o la mecánica.

*Combustión: La combustión completa de hidrocarburos consiste en la oxidación de éstos por el oxígeno del aire, obteniendo como productos de la reacción vapor de agus y dióxido de carbono y energía térmica.
*Pirólisis: Desde la Edad Antigua se obtiene carbón vegetal mediante pirólisis, que consiste en la combustión incompleta de biomasa a uno 500 ºC con déficit de óxígeno. el humo producido en esa combustión es una mezcla de monóxido y dióxido de carbono e hidrocarburos ligeros.

* Vídeo del funcionamiento de una planta de biomasa:


Aquí os dejo este vídeo habla sobre el funcionamiento de una planta de biomasa y de las ventajas que tiene utilizar este tipo de instalaciones, ya que se gana en comodidad,seguridad,economía y tambien en medio ambiente ya que evita emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, en mi opinión el mensaje que se quiere transmitir es muy claro.



Pero la utilización de la biomasa tambien tiene sus inconvenientes:
- Inconvenientes:

1. Tiene un mayor coste de producción frente a la energía que proviene de los combustibles fósiles.
2. Menor rendimiento energético de los combustibles derivados de la biomasa en comparación con los combustibles fósiles.
3. La materia prima es de baja densidad energética lo que quiere decir que ocupa mucho volumen y por lo tanto puede tener problemas de transporte y almacenamiento.
4. Necesidad de acondicionamiento o transformación para su utilización.

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· PRODUCCIÓN


El incremento de biomasa por unidad de tiempo de denomina producción. Una parte de la energía que pasa a través de un nivel trófico se almacena en los organismos; así, aumenta la biomasa.
Hay muchas maneras de medir la producción y se puede referir a un nivel concreto o a todo el ecosistema:

1.La producción primaria neta (PPN) y bruta (PPB) :

En ecología se llama producción primaria a la producción de materia orgánica que realizan los organismos autótrofos a través de los procesos de fotosíntesis o quimiosíntesis. La producción primaria es el punto de partida de la circulación de energía y nutrientes a través de las cadenas tróficas.
La expresión se refiere a la producción de materia orgánica a partir de materia inorgánica, tal como la realizan los organismos autótrofos. La biomasa generada primariamente se utiliza por los propios productores para la obtención de energía o para la construcción de sus estructuras. Una parte pasa a los consumidores primarios(aproximadamente un 10%), los llamados herbívoros o mejor fitófagos, que a su vez reelaboran las moléculas para fabricar sus propios componentes, por lo que los llamamos productores secundarios, o las degradan (catabolismo) para obtener energía. La energía se disipa a medida que la materia orgánica circula por los distintos niveles de la cadena trófica, a la vez que los átomos vuelven a formar moléculas inorgánicas como CO2 y NO3– (ion nitrato).
Cuando se habla de producción de un ecosistema se hace referencia a la cantidad de energía que ese ecosistema es capaz de aprovechar. Una pradera húmeda y templada, por ejemplo, es capaz de convertir más energía luminosa en biomasa que un desierto y, por tanto, su producción es mayor.
La producción primaria bruta de un ecosistema es la energía total fijada por fotosíntesis por las plantas. La producción primaria neta es la energía fijada por fotosíntesis menos la energía empleada en la respiración, es decir la producción primaria bruta menos la respiración.
Cuando la producción 1ª neta es positiva, la biomasa de las plantas del ecosistema va aumentando. Es lo que sucede, por ejemplo, en un bosque joven en el que los árboles van creciendo y aumentando su número. Cuando el bosque ha envejecido, sigue haciendo fotosíntesis pero toda la energía que recoge la emplea en la respiración, la producción neta se hace cero y la masa de vegetales del bosque ya no aumenta.

Distribucción:
La producción primaria es un parámetro del ecosistema con una distribución desigual en el tiempo y en el espacio. El principal factor es la disponibilidad de energía solar, lo que implica mayor producción primaria cuanto más cerca del ecuador. Los otros factores son distintos en los océanos y en los continentes.

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Cambio anual de la producción primaria neta (NPP) en el planeta entre 1982 y 1999 según estudios satelitarios. Aumentó en las zonas dibujadas en verde.


Producción en la biosfera

Producción anual (entre bruta y neta)
(gC/m2)
Extensión
(106 km2)
Producción anual
(106 ton C)
Bosques
400
41
16 400
Cultivos
350
15
5 250
Estepas y pastos
200
30
6 000
Desiertos
50
40
2 000
Rocas, hielos, ciudades
0
22
0
Tierras

148
29 650
Océanos
100
361
36 100
Aguas continentales
100
1.9
190
Aguas

362.9
36 290
Total


65 940
La principal forma de producción primaria es la fotosíntesis , realizada por los productores primarios, las plantas.
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2.La producción secundaria neta (PSN) : Se refiere al incremento de biomasa en los diferentes niveles de consumidores. Se calcula restando a la materia orgánica ingerida, la consumida por respiración y la no utilizada o desechos. En otras palabras, la producción secundaria neta sería la masa que forman los consumidores primarios a partir de la masa de los productores primarios y restándole la que necesitan para mantener sus propias estructuras.
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La biomasa tiene dos acepciones:
  1. f. Biol. Materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen.
  2. f. Biol. Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.
Otro tipo de producción es :
- La producción neta de un ecosistema (PNE) es el incremento de la biomasa ( la cual se acumla en el ecosistema en un periodo determinado), y respiración, (la fracción de energía invertida en reposición y funcionamiento), son los dos sumandos en que se descompone la producción bruta. Evolucionan de manera opuesta, porque al principio el capítulo mayor corresponde a la producción neta, con lo que crece rápidamente la biomasa, pero con el tiempo se va reduciendo en beneficio de la respiración; de manera que en los ecosistemas continentales, al final, cerca de la clímax, la producción neta representa sólo una pequeña parte de la producción total o bruta. Se trata de que en los ecosistemas muy evolucionados, la tasa de renovación de la biomasa es muy pequeña, con predominio en su composición de especies longevas, masivas y de crecimiento lento, como los árboles o los corales.
En función del nivel trófico, también podemos distinguir en la PNE entre la producción primaria y sucundaria : Producción primaria: es la energía captada por los productores de un ecosistema. Producción secundaria: es la energía captada por los consumidores mediante la alimentación.

PNE = FOTOSÍNTESIS - RESPIRACIÓN

Cuando la producción neta es positiva, la biomasa de las plantas del ecosistema va aumentando. Es lo que sucede, por ejemplo, en un bosque joven en el que los árboles van creciendo y aumentando su número. Cuando el bosque ha envejecido, sigue haciendo fotosíntesis pero toda la energía que recoge la emplea en la respiración, la producción neta se hace cero y la masa de vegetales del bosque ya no aumenta.

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1.Sucesión primaria 2.Sucesión secundaria

La produccion neta también es llamada de asimilación, es denominada así cuando sólo se tiene en cuenta el aumento final de biomasa de los productores. Habitualmente se mide en gramos de peso seco por metro cuadrado de superficie y día.
Anteriomente aparece un breve resumen de las sucesiones primarias y secundarias, las cuales se encuentran dentro de la PNE, pero a continuación teneis otras definiciones que parecen mas claras:

Son sucesiones primarias aquellas en las que no interviene el ser humano; son naturales. Es el caso de la colonización de suelos volcánicos, la sucesión en lagunas no contaminadas o las variaciones en las dunas costeras.


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Son sucesiones secundarias aquella en las que el ser humano puede construir ecosistemas sencillos (un campo de cereales, por ejemplo) o, al menos, interferir en una sucesión natural (contaminando el agua...), acelerándola o frenándola.

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  • La producción neta existe tanto en ecosistemas jovenes como en maduros y presentan los siguientes rasgos en cada uno de estos aspectos:
    Energía y materia.La energía necesaria para sostener la vida proviene del Sol y de los minerales que el territorio tenga en cada momento.
    1. En la juventud, la producción neta de la fotosíntesis, es decir, la diferencia entre la energía que se cosecha del Sol y la que el propio ecosistema gasta, es muy alta; las cadenas alimenticias son simples y lineales, con base en lo que en agricultura llamamos pastos.
    2. En la madurez, la producción neta de la fotosíntesis es prácticamente nula (el ecosistema cosecha justamente la energía solar que necesita consumir para conservarse); las cadenas alimenticias son complejas, en forma de red, y su base fundamental son los detritus, es decir, los restos de los organismos que son sustituidos en cada generación.
  • Estructura. Cómo se distribuyen y relacionan los distintos organismos y los flujos y stocksde materiales determinan en cada momento el tipo de metabolismo del ecosistema.
    1. En la juventud, la mayor parte de los recursos o nutrientes están en el propio territorio, son extrabióticos; la diversidad es pequeña tanto en variedad (la sucesión comienza con unas pocas especies bien adaptadas al territorio ‘virgen’) como en uniformidad (las distintas especies cuentan con poblaciones muy diferentes).
    2. En la madurez, la mayor parte de los recursos se encuentran almacenados en los propios organismos, son intrabióticos; la diversidad es muy alta tanto en variedad como en uniformidad.
  • Dinámica.
    1. En la juventud, las relaciones de cooperación son escasas, la presión selectiva favorece a las especies con un número elevado de descendientes (la mayoría de los cuales no llegarán a reproducirse) y los ciclos son cortos, rápidos y abiertos. El ecosistema es inestable: cualquier acontecimiento fortuito, piénsese en una plaga, puede alterar su evolución y hacerle retroceder al punto de partida.
    2. En la madurez, las relaciones de cooperación (simbiosis) son predominantes en el interior del ecosistema, la presión selectiva favorece a aquellas especies con pocos descendientes pero con tasas de supervivencia elevadas gracias a los cuidados de sus progenitores y los ciclos son largos, lentos y prácticamente cerrados sobre la comunidad. El ecosistema es estable: muchos de los acontecimientos fortuitos no alteran su identidad básica: los daños se reparan y se vuelve a la normalidad.


Desventajas

  • Quizá el mayor problema que pueden generar estos procesos es la utilización de cultivos de vegetales comestibles (sirva como ejemplo el maíz, muy adecuado para estos usos), o el cambio de cultivo en tierras, hasta ese momento dedicadas a la alimentación, al cultivo de vegetales destinados a producir biocombustibles, que los países ricos pueden pagar, pero a costa de encarecer la dieta de los países más pobres, aumentando el problema del hambre en el mundo.
  • La incineración puede resultar peligrosa y producen sustancias toxicas. Por ello se deben utilizar filtros y realizar la combustión a temperaturas mayores a los900 °C.
  • No existen demasiados lugares idóneos para su aprovechamiento ventajoso.
  • Al subir los precios se financia la tala de bosques nativos que serán reemplazados por cultivos de productos con destino a biocombustible.

Biomasa como energía alternativa

En todos estos procesos hay que analizar algunas características a la hora de enjuiciar si el combustible obtenido puede considerarse una fuente renovable de energía:
  • Emisiones de CO2 (dióxido de carbono). En general, el uso de biomasa o de sus derivados puede considerarse neutro en términos de emisiones netas si sólose emplea en cantidades a lo sumo iguales a la producción neta de biomasa del ecosistema que se explota. Tal es el caso de los usos tradicionales (uso de los restos de poda como leña, cocinas de bosta, etc.) si no se supera la capacidad de carga del territorio.
    • En los procesos industriales, puesto que resulta inevitable el uso de otras fuentes de energía (en la construcción de la maquinaria, en el transporte de materiales y en algunos de los procesos imprescindibles, como el empleo de maquinaria agrícola durante el cultivo de materia prima), las emisiones producidas por esas fuentes se contabilizan como emisiones netas. En procesos poco intensivos en energía pueden conseguirse combustibles con emisiones netas significativamente menores que las de combustibles fósiles comparables. Sin embargo, el uso de procesos inadecuados (como sería la destilación con alambique tradicional para la fabricación de orujos) puede conducir a combustibles con mayores emisiones.
    • Hay que analizar también si se producen otras emisiones de gases de efecto invernadero. Por ejemplo, en la producción de biogás, un escape accidental puede dar al traste con el balance cero de emisiones, puesto que el metano tiene un potencial 21 veces superior al dióxido de carbono, según el IPCC.
  • Tanto en el balance de emisiones como en el balance de energía útil no debe olvidarse la contabilidad de los inputs indirectos de energía, tal es el caso de la energía incorporada en el agua dulce empleada. La importancia de estos inputs depende de cada proceso, en el caso del biodiesel, por ejemplo, se estima un consumo de20 kilogramosde agua por cada kilogramo de combustible: dependiendo del contexto industrial la energía incorporada en el agua podría ser superior a la del combustible obtenido.
  • Si la materia prima empleada procede de residuos, estos combustibles ayudan al reciclaje. Pero siempre hay que considerar si la producción de combustibles es el mejor uso posible para un residuo concreto.
  • Si la materia prima empleada procede de cultivos, hay que considerar si éste es el mejor uso posible del suelo frente a otras alternativas (cultivos alimentarios, reforestación, etc). Esta consideración depende sobre manera de las circunstancias concretas de cada territorio.
  • Algunos de estos combustibles no emiten contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas; pero otros sí.
  • Otras características de la biomasa.

FUENTES UTILIZADAS:
Páginas de internet:
http://es.wikipedia.org/wiki/Biomasa
http://www.miliarium.com/monografias/energia/E_Renovables/Biomasa/Biomasa.asp
http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/04Ecosis/120ProSec.htm
http://news.soliclima.com/noticias/biomasa/cada-vez-mas-plantas-de-biomasa-en-espana
http://www.youtube.com
Libro de biología y geología 4º ESO
Fotografías:
www.google.com

Las fuentes utilizadas:
1-www.wikipedia.org
2-Libro de Biologia y Geologia de 4º ESO


EJERCICIOS AUTOEVALUACIÓN

1. Los cultivos energéticos estan destinados a :
a. Producción de biocombustibles
b. Producción de materias primas
c. Producción de combustibles
d. Producción de bebidas energeticas

2.La producción neta es:
a. el descenso de la respiración
b.el incremento de la biomasa y de la respiración
c. el incremento de la respiración y el descenso de la biomasa

3. La producción neta de un ecosistema (PNE) es :
a. PNE = Fotosíntesis + Respiración.
b. PNE = Fotosíntesis - Respiración.
c. PNE = Producción primaria neta + Producción secundaria neta.
d. PNE = Producción primaria neta - Producción secundaria neta.

4.La sucesión primaria en la PNE es:
a. Sucesiones en las que interviene el ser humano
b. Energía captada por los consumidores
c. Energía captada por los productores
d. Sucesiones en las que el ser humano puede construir ecosistemas sencillos

5. La biomasa es:
a. Materia inorganica utilizada como fuente de energia
b. Materia organica que no se utiliza como fuente de energia
c. Indica la cantdad de materia organica de la que está formado un individuo,un nivel trofico o el conjunto de ecosistemas
d. Energia utilizada como fuente de energia

6. En la juventud de la producción neta:
a. La fotosíntesis es alta
b. Las cadenas alimenticias son complejas
c. La fotosíntesis es nula
d. Las cadenas alimenticias son en forma de red

7. En la madurez de la producción neta:
a. Las relaciones de cooperación son escasas
b. El ecosistema es inestable
c. La presión selectiva favorece a las especies con poco descendientes pero con tasas de supervivencia elevadas
d. La presión selectiva favorece a las especies con un número elevado de descendientes

8. En la estructura del PNE:
a. En la juventud la diversidad es muy alta
b. En la madurez los nutrientes se encuentran en el propio territorio
c. En la juventud las cadenas son lineales
d. En la madurez los organismos son intrabióticos

9. Cuando la producción neta:
a. Es negativa la energia va aumentando
b. Es positiva la biomasa de las plantas del ecosistema aumenta
c. Es positiva se produce mayor cantidad de materia organica
d. Es nula no se produce energia

10.¿Puede llegar a ser la producción neta de un ecosistema en cero?
a. Verdadero
b. Falso
En cualquier caso, ¿la masa de los vegetales aumentaria?
a. Verdadero
b. Falso

11. La PSN se refiere al:
a. Incremento de biomasa en el mismo nivel de consumidores
b. Descenso de los productores
c. Incremento de bimasa en los diferentes niveles de consumidores
d. Descenso de biomasa en los niveles de productores y consumidores

12. Cuando hablamos de producción de un ecosistema se hace refrencia a:
a. La cantidad de energía que los ecosistemas no aprovechan
b. La cantidad de energía que ese ecosistema es capaz de aprovechar
c. La cantidad de materia organica
d. La cantidad de energía de productores y consumidores

13. Cuando la producción primaria neta es positiva:
a. La biomasa de las plantas no aumenta
b. La energía de las plantas aumenta junto a la biomasa
c. La energía de la fotosíntesis aumenta
d. La biomasa de las plantas del ecosistema va aumentando


14. La combustión completa de hidrocarburos consiste:
a. En la oxidacion de una pequeña parte
b. En la oxidación de estos por el dioxido de carbono
c. En la oxidación de estos por el oxigeno del aire
d. En que los los hidrocarburos no se oxidan

15. Una parte de la energía que pasa a traves de un nivel trófico se almacena en :
a. Los organismos, así aumenta la biomasa
b. Los productores
c. Los consumidores
d. Los productores y consumidores, así aumenta la biomasa

16. La PSN se calcula:
a. Restando a la MI ingerida, la consumida por respiración y la utilizada
b. Sumando a la MO ingerida y la consumida
c. Restando a las MO ingerida, la consumida por respiración y la no utilizada
d. Sumado la MI ingerida y la consumida

17. La biomasa residual es:
a. El residuo generado en las actividades agrícolas y ganaderas
b. El residuo generado por las actividades humanas
c. El conjuno de residuos originados por el hombre y los animales
d. El residuo geerado por las actividades bioquímicas

18.La principal forma de producción primaria es :
a.La respiración.
b.La fotosíntesis.
c.La reproducción.
d.La alimentación.

Solucionario