CUESTIONARIO DE INGENIERIA AMBIENTAL

1.1 ¿Cómo se define la Ecología? Explique su respuesta.

Para algunos es “El estudio de las interrelaciones entre los organismos y su medio ambiente”, y para otros,” la economía de la naturaleza” o “la biología de los ecosistemas”. Desde un punto de vista más enciclopédico, la Ecología podría definirse como: la ciencia que estudia las condiciones de existencia de los organismos vivos y las interrelaciones de todo tipo existentes entre ellos y su medio ambiente.

La ecología es la especialidad científica centrada en el estudio y análisis del vínculo que surge entre los seres vivos y el entorno que los rodea, analizando también la distribución y la cantidad de organismos vivos como resultado de la citada relación.

1.2 ¿Cuáles son las raíces etimológicas del término Ecología y cómo se compararían con las del término Economía”

El término griego oikos (‘casa’) es la raíz tanto de la palabra Ecología como del término Economía por este motivo, algunos han considerado la Ecología como “la economía de la vida”.

1.3 Defina los periodos históricos por los que atravesó la Ecología antes de consolidarse como una rama científica del saber humano. Apóyese en los datos proporcionados en el texto.

Pag 6 y 7

1.4 ¿Cómo y por qué definió Haeckel a la Ecología? ¿En qué año lo hizo?

El célebre biólogo alemán Ernest Haeckel en el año de 1869, definió la Ecología como “ el estudio de las relaciones de un organismo con su ambiente inorgánico y orgánico”, él consideraba que un organismo cualquiera presentaba relaciones de tipo positivo o “amistoso” y de tipo negativo o “enemistosas” con las plantas y animales con los que convivía.

1.5 Defina por què y còmo, la Ecologìa posee un método peculiar de estudio que la diferencia de otras ciencias, incluso biológicas.

La ecología difiere de las demás ciencias, ya que mientras estas primero tienden a generalizar para luego dividir su campo de estudio –siguiendo un mecanismo deductivo-, aquella trabaja a la inversa- usando un método inductivo-, porque es en sì una ciencia de síntesis que combina conocimientos de diversas disciplinas con puntos de vista propios; es decir, se ha formado de varias raíces que finalmente han convergido en un tronco común: el estudio de las relaciones de los seres vivos y su medio ambiente.

1.6 ¿Cuáles son las fuentes básicas de la Ecologia (ramas fundamentales del conocimiento de esta ciencia?

El estudio de los mares (oceanografía) y de las aguas continentales (limnologìa).

1.7 ¿Cuál es la clasificación actual de la Ecología y qué estudia cada una de sus ramas?

Entre dichas ramas se encuentra: autoecologia, sinecologia, dinámica de poblaciones, ecología aplicada y ecología de sistemas.

-Autocologìa: Estudio de las relaciones entre un sólo tipo de organismo (una especie) y el medio en el que vive.

-Sinecología: Estudio de las relaciones entre las diversas especies pertenecientes a un mismo grupo y el medio en que viven.

- Dinámica de poblaciones: Estudia las causas y modificaciones de la abundancia de especies en un medio dado.

- Ecología aplicada: Representa la tendencia moderna de protección a la naturaleza y el equilibrio de ésta en el medio ambiente humano rural y urbano.

- Ecología de sistemas: Tal vez sea la más moderna rama de esta ciencia; emplea las matemáticas aplicadas en modelos matemáticos y de computadora para lograr la comprensión de la compleja problemática ecológica.

1.8 Defina, ejemplificando sus respuestas, cada uno de los siguientes conceptos fundamentales de la Ecología:

a) Factores abióticos físicos: Componentes básicos abióticos de un ecosistema; a ellos está sujeta la comunidad biológica o conjunto de organismos vivos de un ecosistema. Los más importantes son: la luz solar, la temperatura, la atmosfera y presión atmosférica, el agua, el microclima, la altitud y latitud.

b) Factores abióticos químicos: constituyen generalmente la superficie sobre la que se establecen los seres vivos para satisfacer sus necesidades de fijación, nutrición, protección, reserva de humedad, etc. Ejemplo: el substrato terrestre, el suelo, oxigeno, anhídrido carbónico, disponibilidad de oxigeno en el ambiente, el oxigeno en el medio acuático y dióxido de carbono.

c) Factores bióticos: todos los organismos vivos que interactúan con otros organismos vivos, refiriéndonos a la fauna y la flora de un lugar específico, así como también a sus interacciones. También se llama factores bióticos a las relaciones establecidas entre los seres vivos de un ecosistema y que además condicionan su existencia.

d) Luz solar: Fuente principal de energía de un ecosistema. Espectro total de radiación electromagnética proveniente del Sol.

e) Temperatura: intensidad de la energía expresada en grados (centígrados, Fahrenheit, Kelvin, etc.)

f) Clima: fenómeno natural que se da a nivel atmosférico y que se caracteriza por ser una conjunción de numerosos elementos tales como la temperatura, la humedad, la presión, la lluvia, el viento y otros. El clima es un fenómeno geográfico que existe a lo largo de todo el planeta pero que, de acuerdo a las condiciones de cada lugar, varía y presenta notorias diferencias entre lugar y lugar. El clima es el conjunto de condiciones atmosféricas, típicas de una región específica, durante un determinado período de tiempo prolongado, por lo general treinta años.

-viento: corriente de aire que se produce en la atmósfera por causas naturales. El viento, por lo tanto, es un fenómeno meteorológico originado en los movimientos de rotación y traslación de la Tierra.

g) Altitud: Es la distancia vertical de un punto de la Tierra respecto al nivel del mar, llamada elevación sobre el nivel medio del mar, en contraste con la altura, que indica la distancia vertical existente entre dos puntos de la superficie terrestre; y el nivel de vuelo, que es la altitud según la presión estándar medida mediante un altímetro, que se encuentra a más de 20 000 pies sobre el nivel medio del mar.

-latitud: La latitud es la distancia que hay desde un punto de la superficie terrestre al ecuador, contada por los grados de su meridiano. Esta se mide en grados, entre 0° y 90° y puede ser representada a través de dos maneras: indicando a qué hemisferio pertenece la coordenada, o en su defecto añadiendo valores, positivos cuando se trata del norte y negativos cuando se trata del sur.

h) Atmósfera: capa gaseosa de aproximadamente 10.000 km de espesor que rodea la litosfera e hidrosfera. Está compuesta de gases y de partículas sólidas y líquidas en suspensión atraídas por la gravedad terrestre. En ella se producen todos los fenómenos climáticos y meteorológicos que afectan al planeta, regula la entrada y salidas de energía de la tierra y es el principal medio de transferencia del calor.

-presión atmosférica: Se conoce como presión atmosférica a aquella presión que ejerce el aire en cualquier punto de la atmósfera. El valor medio de la presión de la atmósfera terrestre es de 1013.25 hectopascales o milibares a nivel del mar, la cual está medida a una latitud de 45°.

i) Suelo: parte superficial de la corteza terrestre, biológicamente activa, que proviene de la desintegración o alteración física y química de las rocas y de los residuos de las actividades de seres vivos que se asientan sobre ella.

-horizontes del suelo: Descripción del suelo desde la parte más superficial hasta la más profunda, es decir hasta el lecho rocoso.

j) Oxígeno: El oxígeno es un elemento químico de número atómico 8 y representado por el símbolo O. El oxígeno forma parte del grupo de los anfígenos en la tabla periódica y es un elemento no metálico altamente reactivo que forma fácilmente compuestos (especialmente óxidos) con la mayoría de elementos, excepto con los gases nobles helio y neón. Asimismo, es un fuerte agente oxidante y tiene la segunda electronegatividad más alta de todos los elementos, solo superado por el flúor. Medido por su masa, el oxígeno es el tercer elemento más abundante del universo, tras el hidrógeno y el helio, y el más abundante en la corteza terrestre, formando prácticamente la mitad de su masa. Debido a su reactividad química, el oxígeno no puede permanecer en la atmósfera terrestre como elemento libre sin ser reabastecido constantemente por la acción fotosintética de los organismos que utilizan la energía solar para producir oxígeno elemental a partir del agua.

-Oxigeno (acuático): En el agua este gas puede absorberse de la atmosfera o formarse por las reacciones de los organismos fotosintéticos: plancton y vegetales sumergidos. En el agua existen aproximadamente 25 veces menos cantidad de oxigeno que en el aire, considerando la medida de un litro. El oxigeno del agua puede consumirse tanto por la respiración de todos los seres acuáticos como por la descomposición de materiales que se encuentran en ella.

-Oxigeno (terrestre): En los ambientes terrestres se dispone de una cantidad uniforme y adecuada de oxigeno; éste se consume en la respiración aerobia, se reintegra después de un rompimiento de la molécula de agua que se presenta en la fotosíntesis, regenerándose así en nivel de oxigeno presente en la naturaleza.

-bióxido de carbono (acuático): Su nivel en medio acuático es más elevado que el de la atmosfera, ya que en el agua puede presentarse también bajo las formas de carbonatos y bicarbonatos los cuales incrementan esta concentración. El mar es el considerado el gran reservorio de bióxido de carbono.

-bióxido de carbono (terrestre): Este compuesto constituye tan sólo el 0.03% del aire, por lo que en relación con el oxigeno representa una proporción de (1/700)( CO2/O2). A pesar de esta baja concentración, en la atmosfera hay una distribución homogénea de bióxido y esta resulta suficiente para la realización

de la fotosíntesis terrestre, proceso con el que presenta una interacción permanente.

k) potencial de hidrógeno (pH): es un indicador de acidez de una sustancia. Determinador por el numero iones de hidrogeno en una sustancia. Cuanto más se aleje el pH por encima o por debajo de 7, más básica o ácida será la solución, esto es un pH igual a 7 es neutro, menor que 7 es ácido y mayor que 7 es base. Para referirse a pH se utiliza el término alcalinidad.

l) Productores o autótrofos: Responsables de la producción de alimentos a partir de CO2, agua y sales minerales.

m) Consumidores de distinto orden

-Consumidores primarios o herbívoros: Se alimentan directamente de las partes verdes de los vegetales, de sus semillas, de sus frutos, sus tallos, sus hojas, etc.

-Consumidores secundarios o carnívoros: Todo aquel animal que coma carne y topo tipo de células animales. Es un animal con modificaciones a nivel de mandíbulas, dientes, sistema digestivo y todo lo que confiere al sistema motor, para poder alimentarse exclusivamente de carne y el resto de nutrientes de los animales.

-Consumidores terciarios: Son animales que se alimentan de los carnívoros o algunas de sus partes, por ejemplo, tenemos a los comedores de carroña, los cuales ocuapn el cuarto nivel trofico.

n) Desintegradores: Lo forman los hongos, las bacterias y los actinomicetos. Utilizan como fuentes nutritivas las excreciones y cadáveres de organismos, liberando sales minerales a partir del proceso de mineralización de la materia organica.

-reductores: encargados de la descomposición y reincorporación de materias primas al ecosistema.

ñ) Biocenosis: Grupo de poblaciones que interactúan localmente. Los 3 tipos de interacción en la ellas son la competencia, la depredación y la simbiosis.

o) Nicho ecológico: Algo similar a la profesión que desempeña un organismo en el ecosistema; así que según la forma en que una especie utiliza los recursos del ecosistema se dice que ocupa un nicho ecológico especifico en él.

p) –Parasitismo: Tipo de interacción entre diversas poblaciones en la que el parasito vive total o parcialmente a expensas del otro; al primero se le denomina parasito, mientras que el segundo es el hospedero.

-mutualismo: Dos especies conviven aportándose beneficios mutuos; es el caso de los protozoarios que viven en el tubo digestivo de las termitas y colaboran con ellas en la digestión de la celulosa.

-comensalismo: Se da cuando dos organismos de especies diferentes viven estrechamente ligados, pero solo uno de ellos resulta beneficiado. Ejemplo: epífitas (orquídeas), las cuales viven sobre el tronco o las ramas de los árboles para lograr tan sòlo sostén y mayor exposición a la luz solar.

1.9 Explique la secuencia de los niveles de organización (espectro de organización de los seres vivos)

El gene se considera el elemento más sencillo, continuando con las células, los órganos, organismos, poblaciones y comunidades. Todos los integrantes de este espectro, interaccionan con la materia y la energía propias de su ambiente físico-químico, originando lo que en Ecología se conoce como los sistemas funcionales característicos. En el espectro se ilustran la interdependencia, las relaciones reciprocas y la supervivencia representando la imposibilidad de que exista ruptura alguna en la continuidad del espectro de organización . Por lo tanto, el gene no puede sobrevivir ni expresarse fuera de la célula, ésta constituye el órgano y èste al organismo, el organismo individual no sobrevive independientemente de su población y la propia comunidad, o sea el conjunto de poblaciones, no existiría si no se presentara un flujo permanente de materia y energía en el ecosistema.

La ecología considera fundamentalmente los niveles estructurales de más trascendencia para sus estudios; este es el caso de las poblaciones y de las comunidades (conjunto de poblaciones diversas) que habitan en un área determinada. La comunidad y el ambiente abiótico integran lo que se conoce como ecosistema y la biosfera o ecosfera incluye a todos los organismos vivos de la Tierra.

1.10 Discuta el cuadro con respecto a la clasificación metabólica de los seres vivos.

Se pueden establecer distintas clasificaciones: 1) Atendiendo a la fuente externa de carbono que utilizan: a) Autótrofos; b) Heterótrofos; 2) Atendiendo a la fuente externa de energía: a) fototrofos o fotoergónicos; b) quimiotrofos o quimioergónicos; 3) Atendiendo a la fuente externa de poder reductor para el metabolismo redox: a) litotrofos; b) organotrofos; 4) Atendiendo al aceptor final de los electrones en el metabolismo redox: a) aerobios; b) anaerobios. En la naturaleza se dan todas las posibles combinaciones de estos tipos de metabolismo, sobre todo en los distintos grupos de bacterias. según cuál sea la fuente de carbono clasificamos los seres vivos como litótrofos (CO2) o como organótrofos (compuestos orgánicos); y según la fuente de energía como fotótrofos (luz) o como quimiótrofos (reacciones de oxidación-reducción).

Ambas variables nos ofrecen la siguiente clasificación metabólica de los organismos:

a) Fotolitótrofos (p. ej. las plantas superiores)

b) Fotoorganótrofos (p. ej. las bacterias púrpura no sulfuradas)

c) Quimiolitótrofos (bacterias desnitrificantes)

d) Quimioorganótrofos (animales superiores).

2.1 ¿Qué es la molécula de ATP, y por qué es tan importante energéticamente para los seres vivos?

12.La molécula de ATP es conocida como adenosìn trifosfato; molecula emparentada químicamente con la base nitrogenada adenina. Se le nombra como la “moneda energética de la célula” y contiene aproximadamente 8 kcal de energía en sus enlaces fosfato. Los alimentos se desdoblan y liberan la energía química que poseen la cual permanece almacenada en las células en forma de la molécula de ATP. Qué relación existe entre los flujos de materia y energía en el ecosistema?En la naturaleza el flujo de la energía y la materia comparten componentes bióticos y abióticos, un flujo complementa al otro, la energía empieza desde los autótrofos producen materias orgánica que pasa a la cadena alimenticia que luego retorna con la descomposición para crear materia útil para los autótrofos para reiniciar con el ciclo de la energía .

13.Defina la primera y segunda leyes de las termodinámica y explique por qué son importantes para los seres vivos?Primera ley de la termodinámica: "el principio de la conservación de la energía"; su enunciado afirma: "la energía no se crea ni se destruye sólo se transforma".Segunda ley de la Termodinámica, Ésta introduce un concepto termodinámico especial (la entropía), el cual se asocia a la incapacidad de producir trabajo, ya que cuando un sistema llega a su entropía máxima no puede realizar trabajo alguno, en ese momento, se dice que en ese sistema toda la energía cinética esta uniformemente distribuida, pues se considera que ha llegado a su equilibrio.

14.Defina los conceptos de entropía y energía cinética y explique por qué son fundamentales para la vida? Ésta introduce un concepto termodinámico especial (la entropía), el cual se asocia a la incapacidad de producir trabajo, ya que cuando un sistema llega a su entropía máxima no puede realizar trabajo alguno, en ese momento, se dice que en ese sistema toda la energía cinética esta

uniformemente distribuida, pues se considera que ha llegado a su equilibrio.En estos términos pueden contrastarse los conceptos de la primera y segunda leyes de la Termodinámica, ya que mientras en el primer caso la energía interna del universo se ha conservado porque el calor ganado o perdido por el sistema debe ser igual a la suma del intercambio de calor con el ambiente, más el monto de energía empleada en la realización de diversos tipos de trabajo (mecánico, eléctrico, químico, etc.) en el segundo caso cuando un sistema, que puede ser incluso una célula o un organismo multicelular, tiende o alcanza la máxima expresión de la energía cinética y logra su equilibrio estará imposibilitado totalmente para desarrollar cualquier otro tipo de ' trabajo. En los organismos vivientes este equilibrio conduciría al aniquilamiento de la vida celular, ya que ningún trabajo de transporte, fisiología celular, reproducción química de fuentes de carbono, materiales genéticos, etc., sería posible en ese estado; sólo se habría obtenido la "máxima entropía".

15.Que son los ciclos de materiales en los ecosistemas?La materia sigue en curso cíclico en la biosfera, donde un elemento circula en el ambiente ya sea como formas orgánicas o inorgánicas, dependiendo de si se halla en los ciclos alimenticios de los organismos, es decir en la poza de intercambio; allí se encuentra por lo general en forma orgánica para, finalmente, ser devuelto al ambiente donde se iniciará nuevamente el ciclo en la poza de depósito. Existe un ciclo particular para el fósforo, otro para el nitrógeno, el carbono, el agua, etc., teniendo cada uno de ellos características muy peculiares que serán estudiadas más adelante en otro capítulo. A estos ciclos de materiales se les denomina ciclos biogeoquímicos.

16.Que es una cadena alimenticia?La cadena alimenticia, también conocida como cadena trófica, es el proceso por el cual se transfiere energía alimenticia por medio de seres vivos, en donde cada uno de estos se alimenta del anterior y es alimento del siguiente. La cadena alimenticia es además una corriente de nutrientes y energía establecida entre las distintas especies de un ecosistema en relación a la nutrición del mismo.Cada cadena alimenticia tiene su inicio en un vegetal o en un organismo autótrofo, es decir que es capaz de fabricar su propio alimento ya sea sintetizando sustancias orgánicas, usando energía solar o mediante el uso de sustancia y reacciones químicas.El resto de los integrantes de la cadena alimenticia son denominados como los consumidores. El consumidor primario es quien se alimenta del organismo autótrofo, es decir, del productor. Quien se alimente del primario será el consumidor secundario que generalmente es carnívoro, mientras el tercero sería un omnívoro o un supercarnívoro. Obviamente

el consumidor primario será un herbívoro mientras el cuarto será un necrófago.La cadena alimenticia cuenta con un último nivel donde ubicamos a descomponedores y degradadores, quienes actúan sobre organismos muertos, descomponiendo la materia orgánica y transformándola de nuevo en inorgánica para devolverla al suelo y a la atmósfera, y así, dar inicio otra vez a la cadena.

17.Por qué los seres vivos se clasifican en autótrofos, heterótrofos y degradadores?Regresando al ecosistema, éste se circunscribe a dos flujos básicos superpuestos; el de materia y de energía. Estos dos ciclos involucran a las redes alimenticias, ya que dichas redes se inician entre los productores (autótrofos), consumidores (heterótrofos), descomponedores, nutrimentos, agua y gases son las partes siguientes que integran dichas redes. Los autótrofos representan las puertas de entrada de la energía al ecosistema y, además, la procesan y presentan en una forma utilizable por el resto de los seres vivos del planeta.

18.Cuál es la región visible de la luz solar y cuál es su importancia?Esta región visible la constituyen los colores violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo y comprende los componentes relativamente transparentes que traspasan con cierta facilidad la parte superior de la atmósfera.

2.9) Que es el efecto invernadero en un ecosistema?

Cuando las ondas que se absorben en el planeta son las radiaciones infrarrojas, cuyas longitudes de ondas son mayores de 0.76 micras. El CO2 y el vapor de agua absorben dichas radiaciones, lo que impide que el calor abandone, temporalmente, él planeta provocando lo que se conoce como efecto invernadero.

2.10) Que significa que un material sea endergonico y para qué son útiles las mediciones de calorías y kilocalorías en un ecosistema?

Son aquel proceso que para poder llevarse a cabo requiere aporte de energía, las mediciones de Calorías y Kilocalorías en un ecosistema son útiles para determinar la productividad del ecosistema.

2.11) Que son los ciclos biogeoquímicos y por qué son importantes en ellos las pozas de intercambio y depósito?

Se puede decir que un ciclo biogeoquímicos es cuando la materia sigue en curso cíclico en la biosfera, donde un elemento circula en el ambiente ya sea como forma orgánica o inorgánicas dependiendo de si se halla en los ciclos alimenticios de los organismos es decir en la poza de intercambio,laspozas de intercambio son importantes porque una vez que llegue a las pozas de intercambio allí se encuentra por lo general en forma orgánica para, finalmente, ser devuelto al ambiente donde se inicia nuevamente el ciclo.

2.12) Como se valora la eficiencia en el uso de la energía en el ecosistema?

Gran parte de la energía y la materia que ingieren los heterótrofos se pierde en las heces fecales y en su metabolismo de conservación. Los invertebrados y los peces usan la materia con mayor eficiencia que los vertebrados de sangre caliente, ya que los invertebrados aprovechan alrededor de 98% de la energía ingerida, mientras que los herbívoros, no almacenan más de 25% de la que poseían las plantas verdes.

2.13) Que es la productividad y qué relación tiene con la biomasa?

La productividad es la cantidad total de energía convertida en compuestos orgánicos en un lapso dado, la productividad y la biomasa de un ecosistema presentan una cierta relación, aunque no son directamente proporcional, ya que, por ejemplo un bosque maduro puede poseer una enorme biomasa y una pobre productividad.

Como se diferencian la productividad real de la productividad primaria o neta?

La productividad real es igual a la productividad total menos el costo energético de las actividades metabólicas del productor, en tanto la productividad primaria representa la tasa de ganancia real del negocio.

2.15) Que es la quimiosintesis?

Es la productividad de un ecosistema que depende de la energía de las reacciones químicas, al ecosistema. 26. ¿Qué significa la regla de 10%?

En cuanto al aprovechamiento de energía, esta regla nos dice que del nivel trófico anterior al siguiente nivel sólo se aprovecha un 10% de la energía.

27. ¿Qué relación existe entre los joules, unidades de trabajo, y las calorías?

Existe una relación entre estos 3 términos como lo son:

Joule: es la cantidad de calor obtenida por la transformación integra en calor de un trabajo de 1 joule

La caloría: es la cantidad de calor o energía que se suministra a un gramo de agua para que aumente un grado centígrado su temperatura

Unidad de Trabajo: es el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo.

28. ¿Cuáles son los diferentes tipos de energía y qué relación tienen con la potencia?

Los diferentes tipos de energía solar son: la energía solar, la energía mecánica, la energía eléctrica, la energía química, la energía calorífica o térmica, la energía cinética, la energía potencial y la energía nuclear. La energía guarda una gran relación con la potencia; dado que la energía es la capacidad que se necesita para ejecutar acciones externas, o sea, es la materia prima que se requiere para realizar trabajo Por su parte, el trabajo realizado en un determinado tiempo se define como potencia.

29. ¿Cómo se relacionan las calorías consumidas con las calorías generadas?

Una Caloría (con la “C” mayúscula y lo que los nutricionistas denominan “kilocaloría”) es la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de 1 kilogramo de agua, 1º C y al nivel del mar.

El número de calorías producidas y consumidas por el cuerpo -nuestro metabolismo- varía de una persona a otra. Se ve principalmente afectado por el ejercicio, por la proporción de músculo y grasa en el cuerpo y por la velocidad en que la consume el cuerpo cuando está en estado de reposo (lo que se conoce como la tasa del metabolismo basal, y que es responsable, sorprendentemente, del 70% de las calorías que consumimos).

Las calorías diarias necesarias varían de 1.200 a 2.800. Una mujer de 31 a 50 años, con un nivel de actividad moderada, necesita 2.000. Como ya sabes, las calorías extra que no se consumen se acumulan, principalmente, en forma de grasa.

30. ¿Indique cuál es la clasificación de los combustibles fósiles?

Carbón y la lignina Gas natural Petróleo

31. ¿cuáles serán los riesgos de usar en demasía los combustibles fósiles?

En la actualidad se tienen previstos los lapsos que se agotarán las reservas de los combustibles fósiles y el problema más obvio, consiste en la generación de una gran cantidad de calor, si este alcanzase un valor igual al 1% de la radiación electromagnética solar que actualmente recibe la tierra se generaría un desastre de consecuencias; éstas podrían ser: la fusión del hielo polar, la consecuente elevación del nivel de las aguas oceánicas, la muerte de muchos organismos y la inundación de terrenos costeros.

32. ¿Qué fuentes energéticas renovables conoce?

Energía mareomotriz Energía hidráulica Energía eólica Energía solar Energía de la biomasa ( vegetación) Energía geotérmica

33. ¿Qué relevancia tiene la fijación biológica, en comparación con el proceso de Haber, para la producción de fertilizantes nitrogenados?

En química, el proceso de Haber - Bosch es la reacción de nitrógeno e hidrógeno gaseosos para producir amoníaco. La importancia de la reacción radica en la dificultad de producir amoníaco a un nivel industrial.

Alrededor del 78,1% del aire que nos rodea es nitrógeno molecular, N2. El elemento como molécula diatómica gaseosa es muy estable y relativamente inerte debido al enlace triple que mantiene los dos átomos fuertemente unidos. No fue sino hasta los primeros años del siglo XX cuando este proceso fue desarrollado para obtener nitrógeno del aire y producir amoníaco, que al oxidarse forma nitritos y nitratos. Éstos son esenciales en los fertilizantes.

Teniendo en cuenta que el nivel de nitrógeno asimilable en el suelo va a determinar en gran medida la productividad vegetal, es evidente que se debe responder el nitrógeno extraído,y las iniciativas han de estar dirigidas a potenciar procesos que aumenten el aporte de aquelelemento al ecosistema, como es el caso de la fijación biológica de nitrógeno, al mismotiempo que se deberán reducir las pérdidas habidas por prácticas de cultivo inadecuadas.

La fijación de nitrógeno en la biosfera se estima en unos 275 millones de Tm. anuales,de los cuales 175 corresponden a la fijación biológica, 70 a la industrial, y 30 a la espontánea.Por lo tanto, la fijación biológica supone más del 60 por ciento del nitrógeno fijado, y es con mucho el proceso más importante y que va a merecer atención especial en esta obra.La acción sobre la fijación espontánea no es fácil, por lo que se puede intervenirúnicamente en la fijación industrial y, por supuesto, sobre la biológica.La fijación industrial está estrechamente relacionada con la existencia de una demandade fertilizantes nitrogenados para el aumento de los rendimientos de los cultivos. Si bien la práctica de abonado del suelo agrícola, en forma de estiércol y otrosdesechos orgánicos, se viene haciendo desde hace mucho tiempo, la fertilización conproductos químicos nitrogenados data de finales del siglo XIX, una época en la que laprincipal fuente de nitrógeno era el nitrato de Chile, nitrato sódico extraído de un mineralllamado caliche que formaba grandes depósitos en las altiplanicies chilenas.Aunque por aquel entonces existía una gran preocupación acerca de la posibilidad de que las bacterias desnitrificantes, recién descubiertas, agotaran finalmente las reservas de nitrógeno combinado del suelo, y se instaba al desarrollo de medios artificiales para fijar el nitrógeno, fue la demanda de explosivos la que proporcionó el mayor incentivo para el descubrimiento del proceso catalítico de fijación industrial por los alemanes Fritz Haver y Karl Bosch en 1914.

5.1. FIJACIÓN INDUSTRIAL

En la actualidad, la gran mayoría de los fertilizantes nitrogenados de síntesis industrial se fabrican a partir de amoníaco Este se obtiene por fijación química del nitrógeno atmosférico con hidrógeno gaseoso por el procedimiento Haber-Bosch. Como fuente de hidrógeno se utilizan hidrocarburos, normalmente el metano (CH4) del gas natural, según la reacción:

Supuestas las necesidades de agua cubiertas, el nitrógeno es el factor limitante más importante para el desarrollo de las plantas que lo necesitan para formar proteínas, ácidos nucléicos, etc. Dentro de los ciclos biogeoquímicos de los elementos minerales, el del nitrógeno (Fig. 1) es especialmente complicado por encontrarse, en condiciones naturales, en distintos estados de valencia (de +5 a -3) formando compuestos estables.

Uno de estos compuestos, el nitrato, la forma más usual tomada por la planta, es clave en su nutrición y puede hallarse en el suelo derivado del contenido mineral del mismo, de aquel que se pueda incorporar de la atmósfera o de la biotransformación de las moleculas orgánicas que lo contienen formando parte de los restos vegetales y animales que allí llegan o de los propios microorganismos que lo habitan. La desnitrificación, o reducción del nitrato hasta nitrógeno molecular o dinitrógeno, N2, es una actividad microbiana importante, cuantitativamente considerada y por su efecto contaminante del

ambiente. Las pérdidas de nitrógeno asimilable que esta actividad conlleva son compensadas por la llamada fijación de nitrógeno, que se entiende como la oxidación o reducción de este elemento para dar óxidos o amonio. Todos los procesos del ciclo actúan de forma que en condiciones normales las diferentes actividades microbianas estan equilibradas y las pérdidas son compensadas por las ganancias. La masiva utilización de fertilizantes nitrogenados está actuando sobre el ciclo con claros resultados negativos, entre ellos contribuyendo al cambio climático (Nitrógeno y cambio climático).

La fijación de nitrógeno puede ser puramente abiótica o biológica. Por la primera se forman óxidos como consecuencia de la combustión de compuestos orgánicos, descargas eléctricas, etc., que son arrastrados al suelo por la lluvia, o amonio por el proceso industrial Haber Bosch. Por la segunda, la fijación biológica de nitrógeno (FBN), proceso llevado a cabo por organismos procarióticos, el N2 es reducido a amonio e incorporado a la biosfera.

A pesar de la abundancia de N2 en la atmósfera (más del 70 por ciento), no es aprovechable por las plantas que se ven obligadas a utilizar las formas combinadas que se encuentran en el suelo en cantidad insuficiente para soportar los cultivos intensivos. Por lo que supone en el aporte de nitrógeno a las plantas, la FBN presenta un gran interés que ha determinado que sea considerada objeto de intensa investigación desde que en 1888 fue descubierta, aunque empíricamente era aprovechada ya por los romanos cuando observaron el efecto beneficioso de la rotación de los cultivos (Bosquejo histórico). No en vano la fijación biológica contribuye globalmente de forma importante al suministro del nitrógeno requerido por las plantas. El resto necesario procede casi en su totalidad del amonio sintertizado vía Haber Bosch con un gasto, para conseguir el H2 y la alta temperatura y presión requeridas, del 1 % de la energía consumida a nivel mundial. Hoy día la FBN cobra más valor, si cabe, dentro del contexto de la agricultura sostenible, ya que puede evitar el uso abusivo de fertilizantes nitrogenados con el consiguiente ahorro en el consumo de energía y la disminución de la degradación del medio. Desde este punto de vista ecológico, también es interesante señalar la importancia de la FBN en el mar por la necesidad de nitrógeno asimilable disponible que requieren los océanos para actuar como sumideros del CO2 de la atmósfera.

. FIJACIÓN BIOLÓGICA DE NITROGENO

Se conoce desde el siglo pasado, cuando se estableció que era una actividad

característica de ciertas baterías, y que algunas plantas podían establecer relaciones simbióticas con plantas.

6.1. MICROBIOS FIJADORES.

Aunque es un fenómeno muy extendido, la fijación biológica aparece únicamente en bacterias, algas cianofíceas (algas azul-verdosas) y actinomicetos, microorganismos que aparte de ser procarióticos (sin membrana nuclear) y tener la capacidad de utilizar el nitrógeno atmosférico, poco tienen en común. En efecto, entre los más de 60 géneros conocidos se encuentran formas aerobias, facultativas, anaerobias, autótrofas y heterótrofas, con hábitats muy dispares, tanto terrestres como acuáticos, y con requerimientos ambientales de temperatura, aireación, humedad, pH, etc., muy heterogéneos.

De la cantidad de nitrógeno fijada anualmente (175 millones de Tm.) por vía biológica, 140 millones de Tm. se fijan en los ecosistemas terrestres, y 35 millones en los marinos. Los primeros se distribuyen en 45 millones de Tm. para tierras de cultivo, 45 en prados y pastos permanentes, y 50 en áreas forestales y otras. Supuestas las necesidades de agua cubiertas, el nitrógeno es el factor limitante más importante para el desarrollo de las plantas que lo necesitan para formar proteínas, ácidos nucléicos, etc. Dentro de los ciclos biogeoquímicos de los elementos minerales, el del nitrógeno (Fig. 1) es especialmente complicado por encontrarse, en condiciones naturales, en distintos estados de valencia (de +5 a -3) formando compuestos estables.

Uno de estos compuestos, el nitrato, la forma más usual tomada por la planta, es clave en su nutrición y puede hallarse en el suelo derivado del contenido mineral del mismo, de aquel que se pueda incorporar de la atmósfera o de la biotransformación de las moleculas orgánicas que lo contienen formando parte de los restos vegetales y animales que allí llegan o de los propios microorganismos que lo habitan. La desnitrificación, o reducción del nitrato hasta nitrógeno molecular o dinitrógeno, N2, es una actividad microbiana importante, cuantitativamente considerada y por su efecto contaminante del ambiente. Las pérdidas de nitrógeno asimilable que esta actividad conlleva son compensadas por la llamada fijación de nitrógeno, que se entiende como la oxidación o reducción de este elemento para dar óxidos o amonio. Todos los procesos del ciclo actúan de forma que en condiciones normales las diferentes actividades microbianas estan equilibradas y las pérdidas son compensadas por las ganancias. La masiva utilización de fertilizantes nitrogenados está actuando sobre el ciclo con claros resultados negativos, entre ellos contribuyendo al cambio climático (Nitrógeno y cambio climático).

La fijación de nitrógeno puede ser puramente abiótica o biológica. Por la primera se forman óxidos como consecuencia de la combustión de compuestos orgánicos, descargas eléctricas, etc., que son arrastrados al suelo por la lluvia, o amonio por el proceso industrial Haber Bosch. Por la segunda, la fijación biológica de nitrógeno (FBN), proceso llevado a cabo por organismos procarióticos, el N2 es reducido a amonio e incorporado a la biosfera.

A pesar de la abundancia de N2 en la atmósfera (más del 70 por ciento), no es aprovechable por las plantas que se ven obligadas a utilizar las formas combinadas que se encuentran en el suelo en cantidad insuficiente para soportar los cultivos intensivos. Por lo que supone en el aporte de nitrógeno a las plantas, la FBN presenta un gran interés que ha determinado que sea considerada objeto de intensa investigación desde que en 1888 fue descubierta, aunque empíricamente era aprovechada ya por los romanos cuando observaron el efecto beneficioso de la rotación de los cultivos (Bosquejo histórico). No en vano la fijación biológica contribuye globalmente de forma importante al suministro del nitrógeno requerido por las plantas. El resto

necesario procede casi en su totalidad del amonio sintertizado vía Haber Bosch con un gasto, para conseguir el H2 y la alta temperatura y presión requeridas, del 1 % de la energía consumida a nivel mundial. Hoy día la FBN cobra más valor, si cabe, dentro del contexto de la agricultura sostenible, ya que puede evitar el uso abusivo de fertilizantes nitrogenados con el consiguiente ahorro en el consumo de energía y la disminución de la degradación del medio. Desde este punto de vista ecológico, también es interesante señalar la importancia de la FBN en el mar por la necesidad de nitrógeno asimilable disponible que requieren los océanos para actuar como sumideros del CO2 de la atmósfera.