. Formativa 3 y 1 (lo que el estudiante no acabe en clase, lo deberá concluir en casa)
1.Describa y explique las rutas de la radiación solar entrante en el ecosistema, incluídas:
pérdidas de radiación por reflexión y absorción: haga un diagrama de Earth energy budget y resalte porcentajes.
La energía de la superficie terrestre procede del Sol (100%)la energía se manifiesta por un aumento de la temperatura y de la transformación de otra energía, la luz solar se convierte en calor y hace que la superficie de la Tierra está caliente ,Los mas importantes son el 342 wm-2 de la energía solar que entran en la capa de la atmósfera exterior y los aproximadamente 390 wn -2 que emanan de la tierra en forma de ondas infrarrojas. La atmósfera tiene la función de retener y modular la cantidad de radiación que llega, Una parte de las radiaciones luminosas y caloríficas procedentes del Sol son reflejadas hacia la atmósfera (6%) la atmósfera. La superficie terrestre absorbe otra parte. (55%) y el resto (4%). La radiación es la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas Tenemos la radiación que obtiene energía por medio de las nueve ( 3%) , el aire (7%)y la tierra, esto es llevado directamente a la atmósfera.
Pérdida de energía química en el paso de un nivel trófico a otro: use un diagrama de sankey para explicar pérdidas por calor aplicando ley de la entropía.
En la cadena trófica, al pasar de un nivel a otro, hay más pérdida de energía a través de la respiración y los procesos metabólicos de los individuos, porque el mantener vivo un organismo implica gastar, en forma de calor, parte de la energía captada; las sustancias no digeribles, que son eliminadas por medio de las heces u orina y descompuestas por los detritívoros; y la muerte de individuos, que ocasiona pérdidas, pero la energía es devuelta, en parte, por los desintegradores.
En la cadena trófica, al pasar de un nivel a otro, hay más pérdida de energía a través de la respiración y los procesos metabólicos de los individuos, porque el mantener vivo un organismo implica gastar, en forma de calor, parte de la energía captada; las sustancias no digeribles, que son eliminadas por medio de las heces u orina y descompuestas por los detritívoros; y la muerte de individuos, que ocasiona pérdidas, pero la energía es devuelta, en parte, por los desintegradores.
Conversión de la energía lumínica en calor por el ecosistema.
Radiación de energía térmica hacia la atmósfera: use el mismo earth´s energy budget.
La superficie de la Tierra irradia radiación térmica a la atmósfera por un valor de 114%de la radiación solar incidente (390w/m2).
40 w/m2 van directamente al espacio, esto quiere decir un 11,7%
El resto es absorbido por la atmósfera, un 102,3%
La Tierra irradia a la atmósfera un 23% de la radiación solar incidente es decir 78 W/m 2 por la evaporación del agua.
La Tierra irradia a la atmósfera un 7% de la radiación solar incidente es decir 24 W/m 2 por convección y turbulencia del aire atmosférico. El aire en contacto con la superficie de la Tierra se calienta por lo que se dilata, pierde densidad y asciende, del mismo modo el aire frío más denso desciende donde roba calor de la superficie de la Tierra y completa el ciclo, esto causa y una transferencia de calor de la Tierra a la atmósfera.
La atmósfera absorbe el 132% de la radiación solar incidente es decir 452 W/m 2 .
La atmósfera como todo cuerpo caliente emite radiación térmica emite el 151,7% de la radiación solar incidente es decir 519 W/m 2 y lo hace irradiando hacia el suelo el 94,7% de la radiación solar incidente es decir 324 W/m 2.
Hacia el espacio irradia el 57% de la radiación solar incidente es decir 195 W/m 2 (165 irradiados por la atmósfera y 30 por la nubes).
La parte superior de la atmósfera irradia el 68,7%, es decir 235 W/M2.
A nivel de atmósfera se pierde un 67 W/m2 de la energía en onda larga es decir 452 absorbidos por la atmósfera y 519 perdidos, pero como la atmósfera gana 67 W/M2, se equilibra.
A nivel de la superficie terrestre se pierde 492 W/m2 energía donde 24 son por convección, 350 a la atmósfera,40 radiados al espacio y 78 por evaporación y así mismo todo lo que pierde también lo gana y se crea un equilibrio. Bajo condiciones de equilibrio, la cantidad total de energía que entra en el sistema por la radiación solar se equilibrará exactamente con la cantidad de energía radiada al espacio, permitiendo a la Tierra mantener una temperatura media constante con el tiempo.
2.Aplica la ley del 10% y los porcentajes de flujos usando el diagrama Earth´s energy budget para resolver, analizar y construir diagrama de flujos de energía
Usa el siguiente diagrama de Earth´s energy budge para contestar lo siguiente:
Explica y demuestra si se cumple la primera ley de la termodinámica. ¿Se cumple la misma ley en la figura 2.27 de la página 46 del libro de Pearson? ¿Crees que es un error?
Imputs 403 y outputs 492, déficit 89 para la superficie terrestre. Pierde calor, se está enfriando. Una parte 40 se va al espacio. El sistema queda como un regulador de temperatura, efectivo invernadero, está bien. Es una regulación de la atmósfera. Esta es más razonable que la anterior, no respeta la ley es más realista. Solo se puede aumentar debido a la acción del hombre; el agua sube y baja, es el buffer, ayuda a temperatura mientras circula, tiene alta capacidad calórica. El ciclo del carbono es un ciclo donde está solo en la atmósfera la tierra se sobrecalienta, si está en la tierra, todo se enfría, esto ocurre por el ser humano, la manera natural de un ciclo. Es enfriamiento porque pierdo mas de lo que gano, deficis de 89, para la superficie terrestre. Esto genera el efecto invernadero, que es regulado por la atmosfera.
¿Qué representa 342 W/m2 y 390 W/m2? ¿Está la superficie terrestre enfriándose? Argumenta
342: energía que entra a la tierra
390: calor infrarrojo, radiación.
Representa la Constante solar que ingresa al sistema terrestre, mientras que 390 representa la energía que es expulsada por la superficie terrestre por rayos infra- rojos.
Por otro lado el gráfico se ve balanceado así que la superficie terrestre no está enfrentándose ya que no se enfría ni calienta.
Calcula la cantidad de energía que queda disponible como alimento en los ecosistemas debido a la eficiencia de conversión. Compara con el mismo cálculo hecho en la figura 2.27 de la página 46 del libro de Pearson.
Sumar lo que entra a las nubes, 350, sale de la atmosfera 165
Sumar inputs y outputs. Este tiene mayor nivel de energía que
el del libro de Oxfrort
¿Cuánto (porcentaje y número) son las pérdidas de radiación por reflexión y absorción en el sistema terrestre? Compare con la figura 2.27 de la página 46 del libro de Pearson y con la figura 2.3.1 de la página 81 del libro de Oxford.
107 / 342* 100 : 31,28
235/342*100: 559,52 , pérdida de radiación
¿Cuánto es la eficiencia de conversión de energía solar en energía química potencial?
342*(0.06/100) * (9/100) =
epp
Ambos tienen la misma
eficiencia de conversión
¿Qué ecosistema tiene mayor eficiencia de conversión? (dar datos) ¿Por qué?
¿Cuánto es de radiación de la energía térmica hacia la atmósfera? (datos y porcentajes)
114% = 390
390/ 342 (la parte/ el todo)
Mida la conservación de la energía de las nubes como un sistema abierto y construya este sistema mostrando los flujos (inputs and outputs) y el almacenamiento (storage).
Input nube: 350+78+24+67
Output: 195+324
Storage: 78
3.Usa el siguiente diagrama para contestar lo siguiente:
Enunciar (state) las pérdidas de energía química en el paso de un nivel trófico a otro. (agregar datos)
Enunciar (state) las pérdidas de energía química en el paso de un nivel trófico a otro. (agregar datos)
Niveles tróficos: calor, movimiento, fases y crecimiento
¿Cuál es el rango de eficiencia en la transferencia de energía de un nivel trófico a otro? ¿Qué es la ley del 10%? ¿Cuánto es la eficiencia de la transferencia por respiración y por fotosíntesis en las plantas?
Esta ley establece que los organismos únicamente pueden capturar aproximadamente el 10% de la energía del nivel trófico anterior. La ley del 10 por ciento establece que los depredadores al momento de alimentarse de su presa solo van a asimilar el 10 por ciento de todo su consumo. El porcentaje restante simplemente se elimina.
Construye el siguiente nivel trófico a manera de diagrama o dibujo e indica con números las pérdidas de energía para el consumidor secundario.
4. Completar el siguiente diagrama sobre Earth´s energy budget. En Incoming energy y en outgoing energy completar con el tipo de longitud de onda: short (corta) o long (larga)
✓ Usando el siguiente diagrama calcule y responde las preguntas a continuación: (Fornativa 1 y 2)
● ¿Cuánta energía luminosa es eficientemente usado en los cloroplastos por la clorofila para hacer la fotosíntesis?
5%
● ¿Qué porcentaje del 0.06% de eficiencia en la conversión de las plantas es aprovechado en la GPP (gross primary productivity o productividad (en qué tiempo) primaria bruta (PRODUCTORES))? ¿Cuánta energía es GPP?
92
● ¿Cuánta energía queda almacenada (storage) como NPP (Net Primary Productivity o productivida primaria neta) ?
55
¿Qué porcentaje representa esa NPP?
5.5%
¿Qué tipo de energía es y para qué o para quién está disponible esta energía?
Es energía química disponible para el siguiente nivel trófico (consumidor primario).
● ¿Qué porcentaje del total de energía luminosa disponible para la planta es eficientemente convertida en energía química potencial?
92
● ¿Se cumple la ley del 10%? Explica tu respuesta.
Si, de los 1000, directamente 50, y de manera indirecta 55 en el NPP= 50 + 55 = 10 %
✓ Usa los diagramas de sankey para mostrar los flujos de energía del libro de Pearson para contestar lo siguiente: (formativa 1 y 2)
● Establece dos desventajas de los carnívoros y una de los herbívoros.
Los carnívoros desperdician mucha energía en movimiento (cazan)
Los carnívoros, debido a la ley del 10%, consiguen menos energía que la de la planta.
Los herbívoros desperdician más energía en digerir ya que al solo comer plantas, están digiriendo celulosa, lo cual es más difícil y demandante de energía.
● Establece una ventaja de los carnívoros y dos ventajas de los herbívoros.
Los herbívoros consiguen más cantidad de energía de la planta.
Los herbívoros pasan más energía al siguiente nivel trófico.
Los carnívoros desperdician poca energía en heces.
Del siguiente diagrama de Sankey, ¿Qué puedes concluir? (responde sólo con la palabra que falta en cada casillero vacío)
Primario,secundario,cuaternario,terciario
✓ En base al diagrama de Odum (arriba) sobre su trabajo en Silver Springs, en Florida y con la figura 2.29 de la página 47 del libro de Pearson, responder las siguientes preguntas:
● ¿Qué idea clave o concepto explica este diagrama de Odum?
Para medir la productividad de en un ecosistema o ver los flujos de la energía de un nivel trófico a otro
● En el diagrama, ¿qué representan 389190 y 18796?
389190 representa la energía producida por la fotosíntesis que no pasó al siguiente nivel trófico, es la parte de espectro visible que no absorbe la planta. Pérdidas por longitud de onda.
18796 es la energía que desperdiciaron las plantas, los herbívoros, los consumidores primarios y secundarios, y los descomponedores en respiración.
● en el diagrama 2.29 del libro de Pearson, ¿qué representan NU y NA? Iden0tifica esas UN y NA en el diagrama de Odum, arriba.
UN = ENERGIA NOT USED = 18796
NA= HECES = 1882
● ¿Cuánto es el GPP y el NPP del productor y cuánto es el GSP y el NSP del consumidor primario?
GPP del productor= 20810 GSP=3369
NPP del productor= 8833 NSP=1891
● ¿Qué es productividad primaria y secundaria? ¿Qué afecta o de qué depende cada uno?
La productividad primaria es la producción de biomasa por unidad de tiempo y área de los productores (plantas, algas). La productividad secundaria es la producción a partir de los consumidores (herbívoros, carnívoros)
● ¿Qué diferencia hay entre productividad neta y productividad bruta (gross)?
Que la productividad bruta es la que entra al nivel trófico, y la neta es la que sale habiendo restado la energía gastada en respiración, heces y calor.
● ¿Es la productividad primaria constante o puede variar? ¿De qué depende su variación?
Se ha determinado una constante en la producción de los productores, pero esta puede variar despendiendo de la radiación solar que reciban.
● Escriba la ecuación de la productividad primaria neta, la productividad secundaria bruta y la productividad secundaria neta.
- La producción de materia orgánica que producen los autótrofos, por tiempo por espacio.
- Conversión de energía por tiempo por espacio de los consumidores.
● ¿Por qué el ancho de las bandas de flujo de energía se van reduciendo progresivamente mientras la energía avanza en el ecosistema?
Porque cada vez que se transforma la energía, se pierde energía por la ley 10%.
Dibuja una pirámide de productividad con los datos dados en el diagrama de Odum. (Hacerlo preferiblemente en papel milimetrado y pueden digitalizarlo y agregarlo al documento en el drive)
✓ Del siguiente diagrama, ¿Cuánto es el GSP y el NSP de la oruga? Mostrar cálculos. Si 200 J es el alimento ingerido (intake) y asumiendo que la oruga come toda la planta sin desperdicio, ¿cuánto es la energía disponible al productor? Explica que asumiste para dar tu respuesta.
GSP= intake – heces, pero como no hay ningún desperdicio, según lo que se plantea en el ejercicio, entonces no se desperdicia energía en la heces, por lo que sería mismo 200 J el NSP de la oruga.
Como la energía del primer consumidor es el 10% de la del productor (por la ley de la entropía del 10%), se asume que el 100% fue 2000J (200 es el 10% de 2000)
✓ 9. Construye un diagrama que generalice el flujo de energía y de materia a través del ecosistema.
a) Why do carnivores have a relatively high assimilation efficiency?
Because they eat the meet from the other animal, what it’s easy to digest, unlike the cellulose that herbivores have to eat, what is too long and hard to digest to the stomach.
b) Do you think ruminant herbivores would be at the top or bottom of the range for herbivores? Why?
At the bottom, because they’d have to digest and keep longer the food than the rest of the herbivores, making them less productive.
c) Why does the giant panda have such a low assimilation efficiency?
Because of the quantity of cellulose that the panda ingest, and after digest. It should take so long.
✓ De la actividad anterior, responde lo siguiente: (Formativa 3)
● ¿Qué es la eficiencia de asimilación y la eficiencia en la productividad de la biomasa?
Porcentaje que indica cuanta energía se convierte en bioamasa (GSP). La medida a qué rapidez o eficiente el stock se convirtiendo en biomasa o energía que está disponible para cosechar
● Escribe las fórmulas de ambas eficiencias.
● Para un granjero o campesino, ¿qué implica la eficiencia de asimilación? Por ejemplo, la cantidad de pasto que su ganado o rebaño pueda asimilar, ¿qué información le proporciona al campesino o granjero estos datos?
Le sirve para ver qué tanto pasto tengo que tener para alimentar al ganado.
GSP= el intake menos la heces
● Para un granjero o campesino, ¿qué implica la eficiencia de productividad? Por ejemplo, la cantidad de lo asimilado convertido en carne, ¿qué información le proporciona al campesino o granjero estos datos?
En qué tiempo el rebaño estará listo para vender/para cosecharlo. Y así sabría cuanto puedo darle a la vaca sin tener que desperdiciar e invertir comida para que a la larga no significará mayor ganancias al momento de vender.
● ¿Qué es la eficiencia trófica? ¿Cuáles son los rangos normales de la eficiencia trófica? ¿Cómo también se le conoce a la eficiencia trófica?
La productividad que llega de un nivel trófico a otro. La ley del 10%. De 5 a 20.
● ¿A qué se debe la ineficiencia trófica? Mencione 4.
Perdidas por heces, por calor, movimiento, no todo lo que se da de comer se lo comen. (ya están los 4)
● ¿Qué es un presupuesto de energía (energy budget)? ¿Qué información útil le proporciona a un granjero o campesino?
Podría saber cual es la capacidad de su granja, cuanto va a gastar, que tipo de especies y así.
● ¿Cuál organismo, de sangre caliente (homeotérmico) o sangre fría (poikilotérmico), tienen mayor eficiencia trófica? ¿Por qué?
EL de frío, porque se moverá menos, entonces tendrá menos pérdidas, mucha más eficiencia de asimilación, y así mayor eficiencia trófica.
● La agricultura y la agroindustria puede consistir en limpiar una zona de un bosque tropical seco para convertirlo en una granja de palma para obtener biocombustible. ¿Es esta agroindustria un ejemplo de antropocentrismo? ¿Qué es antropocéntrico? Puede causar un impacto)
Sí, porque afecta mucho porque tiene varios puntos de producción. Porque está centrada y en función del ser humano. El antropocentrismo afecta a la cadena alimenticia haciéndola más corta y más simple, por ende el ser humano debe mantener la agricultura simple en términos de flujo de energía pero más sofisticado en las prácticas y técnicas.
¿Por qué los granjeros necesitan de mayor subsidio energético?
Porque requiere de máquinas para su mantenimiento
¿Qué es un subsidio energético (energy subsidy)?
Una cantidad de recursos productores de energía entregada del gobierno por
Da ejemplos de subsidios energéticos en la agricultura.
Subsidio en la energía eléctrica, al servicio de agua potable, al combustible.
¿Qué ventajas y qué desventajas tienen los subsidios de energía?
● Al final del día a todo granjero le interesa saber si su negocio es rentable o no (profitable), por lo tanto la agricultura es un sistema de flujos de energía pero en forma de alimento donde los input y los outputs al final son los costos (energy out) y las ganancias (profits). Una agricultura de subsistencia como un pequeño granjero que cultiva caña de azúcar para hacer su propio licor y endulzar sus comidas puede tener un tasa de rendimiento (yield ratio) de 1: 30 o 1:40, mientras que una agroindustria de caña de azúcar para obtener azúcar refinada de exportación y biocombustible puede tener una tasa de rendimiento de 1:10.
¿Qué es tasa de rendimiento?
Cuanto output saco por cada input
¿Qué significa una tasa de rendimiento de 1:30?
Una proporción o porcentaje
¿Qué diferencia hay entre una tasa de rendimiento de 1:30 a otra de 1:10?
La de la subsistencia, 1:30
¿Qué es lo importante al granjero con respecto a la tasa de rendimiento (yield ratio)?
Que así pueden saber cuánto van a obtener del producto invertido o gastado.
¿Puede detenerse el subsidio de energía en la agricultura o la agroindustria? ¿Por qué?
No, ya que la agricultura depende directamente de la energía que se le da a la maquinaria.
● El rendimiento máximo sostenible (Maximun sustainable yield or MSY) es equivalente al NPP y al NSP. Por ejemplo, si no calculáramos el MSY del cangrejo de manglar, que muchos lo apetecen, y no respetáramos la veda, en poco tiempo no tendríamos cangrejo de manglar para comer.
¿Qué es el rendimiento máximo sostenible (MSY)?
La productividad máxima que debo explotar para que alcance el recurso nunca sea mayor que la producción.
✓ 12. Resuelve. ( Formativa 1 y 2)
1. C 2. C 3. b
✓ C3. Completa. (Formativa 1 y 2)
✓ 14. A partir de la pirámide dada, dibuja un diagrama de sankey (energy flow diagram) a escala. (Formativa 3)
✓ 15. Resuelve y Construye. (Formativa 1 y 2)
● ¿Qué porcentaje de eficiencia de conversión tienen los autótrofos?
40%
● Calcular la NPP, la NSP de los consumidores primarios, la NSP de los consumidores secundarios y la GSP de los descomponedores.
NPP= GPP – R
NSP= GSP – R
GSP= food eaten – fecal loss
● ¿Cuánto es la GSP de los herbívoros?
24%
● ¿Cuánto es la pérdida de calor por respiración?
34% del GPP
● Explica que proceso ocurre con la energía no utilizada (NU).
Es la energía desperdiciada en respiración y calor de entre los niveles tróficos, ya que los desperdicios por heces van a los descomponedores.
● ¿Hay déficit, superávit, o conservación de la energía? Demuestra.
Hay déficit, ya que en el diagrama de Earth’s energy Budget entra 342 W m-2 y sale 390 W m-2
● ¿Es este ecosistema acuático de agua dulce un ecosistema altamente eficiente en términos de la eficiencia de conversión de biomasa? Si o No. Explica.
No es altamente eficiente ya que en la transferencia de energía de los autótrofos a los herbívoros no pasa 96 del GPP 118 total que entró, yéndose estos en descomposición, energía no usada y respiración.
● ¿Es este ecosistema altamente rentable en términos de la tasa de rendimiento? Explica.
No lo es porque pasa muy poca energía al siguiente nivel trófico en comparación a la que entró.
● ¿Es conveniente agregar un nivel trófico adicional a este ecosistema? ¿Es este ecosistema sostenible con 4 niveles tróficos? .
No, ya que quedaría demasiada muy poca energía para el siguiente organismo.
✓ 16. Contestar. (Formativa 1 y 2)
i. A (atmospheric absortion/reflection) ya que como en el espectro de luz solar hay muchos elementos que la fotosíntesis no utiliza para la transformación de energía, estos se reflejan.
ii. B, ya que la fotosíntesis en los cloroplastos de las plantas se encarga de convertir la luz en energía química.
iii. D y F, ya que la energía que se gasta en respiración y materia fecal se desperdicia y es necesaria para la transferencia de energía de nivel a nivel trófico entre los consumidores.
iv. E, ya que fue la energía absorbida de un nivel trófico a otro.
v. C, G y H pues es esta es la energía consumida.
vi. A, ya que la energía solar regresa a la tierra reflejada.
✓ 17. Resolver. (Formativa 1 y 2)
a. 132 – 35 = 97
NPP= 97 g C m-2 yr-1 (gpp – respiration)
b. 31 g C m-2 yr-1
c. 19 g C m-2 yr-1
d. 41%
e. 9.84%
f. Porque cada vez habrá menos energía para el siguiente nivel trófico
g. Bacterias, lombrices, escarabajos de estiércol. Pierden calor al transformar la materia muerta o desechos nuevamente en útil para los productores.
