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DESARROLLO SUSTENTABLE INVESTIGACIÓN Iván Josué Castillo Cruz Larisa Ordoñez Segundo Semestre INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA ÍNDICE INTRODUCCIÓN ....................................... Error! Bookmark not defined. 1.- Ley de Liebig ............................................................................................ 4 2.- Cadena alimenticia y los niveles tróficos ................................................. 5 3.- Flujo de energía de los ecosistemas.......................................................... 7 4.- Primera Ley de la Termodinámica ........................................................... 8 5.- Segunda Ley de la Termodinámica .......................................................... 9 6-Ley de la Entropía ..................................................................................... 10 7.- Principio de degradación ........................................................................ 11 8.- Conclusión .............................................................................................. 12 9.- Bibliografía ............................................................................................. 13 INTRODUCCION En esta investigación hablaremos sobre la Ley de Liebig, la cual sustenta el desarrollo de las plantas en campos de riego. Se definirá qué es la cadena alimenticia con exactitud. Se explicará cuáles son los niveles de energía en los ecosistemas. Se definirán las 3 Leyes de la Termodinámica, incluyendo la Ley Cero o mejor conocida como “La Ley de la Entropía”. Se dará a conocer el principio de la degradación. Y se finalizará con una conclusión en síntesis con una bibliografía en formato APA anexada. Sin más preámbulos, comencemos. LEY DE LIEBIG Tener conocimiento de la ley del mínimo de Liebig es fundamental para alcanzar una calidad excelente y buenas ganancias en cualquier tipo de cultivo. Muchos agricultores y distribuidores de fertilizantes líquidos todavía no entienden claramente de qué se trata esta ley. Por ello, Agrichem de México creó este artículo para explicarles de manera sencilla de qué se trata. La producción agrícola está basada en varios factores que se conjugan para que el proceso de cultivo y cosecha pueda llevarse a cabo de manera adecuada. Para que las plantas tengan un desarrollo óptimo, éstas dependen principalmente de los elementos químicos que se encuentran de manera natural en los suelos de cultivo; sin embargo, por lo regular no todos se encuentran en cantidades adecuadas para satisfacer los requerimientos esenciales. Contrario a lo que pudiera creerse, los elementos más abundantes, o los que se encuentran en mayores cantidades de manera natural, no son los que determinan o influyen en el crecimiento y desarrollo de las plantas, sino, por el contrario, los que se presentan en cantidades mínimas. Así lo afirmó el químico alemán Justus von Liebig, quien hacia 1840 sostuvo que el nutriente que se encuentra menos disponible es el que limita la producción, aun cuando los demás se encuentren en cantidades suficientes. A este principio se le conoce como la Ley del Mínimo de Liebig. De esta manera, micronutrientes como el boro, el zinc, el magnesio y el potasio, entre otros, que se encuentran en cantidades mínimas, suelen ser los que determinarán el crecimiento de los cultivos, debido a que cada uno desempeña un papel fundamental para el desarrollo adecuado de las plantas. Sin embargo, a pesar de que está presente en proporciones pequeñas, la ausencia de este elemento, o si se encuentra por debajo de los requerimientos necesarios, provocará que el tomate sea vulnerable a los rayos del Sol, por ejemplo, lo que a la postre provocará que la planta se deshidrate y el fruto no pueda llegar a desarrollarse. Así, un elemento poco abundante como el boro termina por determinar el crecimiento de las plantas de tomate, lo que explica el principio de la Ley del Mínimo de Liebig. LO PIONERO DE LA NUTRICION VEGETAL Por otro lado, Justus von Liebig fue el primero en realizar experimentos para fertilizar los suelos utilizando abonos con compuestos químicos, lo que vendría a reemplazar el uso de estiércol, convirtiéndose en pionero en esta materia. Aunque en un principio no tuvo éxito, poco a poco perfeccionó este método y los fertilizantes químicos fueron evolucionando hasta llegara nuestros días, donde se pueden encontrar productos especializados que cubren los requerimientos de cada tipo de cultivo de acuerdo con las necesidades de los productores. Gracias al trabajo realizado por Liebig, la historia en la producción agrícola dio un giro importante y fue posible producir alimentos cada vez más enriquecidos con los nutrientes necesarios y más abundantes para satisfacer la demanda y necesidades de la población. CADENA ALIMENTICIA Y LOS NIVELES TRÓFICOS Cadenas y Redes Alimenticias Una cadena alimenticia es la ruta del alimento desde un consumidor final dado hasta el productor. Por ejemplo, una cadena alimenticia típica en un ecosistema de campo pudiera ser: pasto ---> saltamontes --> ratón ---> culebra ---> halcón Aun cuando se dijo que la cadena alimenticia es del consumidor final al productor, se acostumbra representar al productor a la izquierda (o abajo) y al consumidor final a la derecha (o arriba). Ud. debe ser capaz de analizar la anterior cadena alimenticia e identificar los autótrofos y los heterótrofos, y clasificarlos como herbívoro, carnívoro, etc. Igualmente, debe reconocer que el halcón es un consumidor cuaternario. Desde luego, el mundo real es mucho más complicado que una simple cadena alimenticia. Aún cuando muchos organismos tienen dietas muy especializadas (como es el caso de los osos hormigueros), en la mayoría no sucede así. Los halcónes no limitan sus dietas a culebras, las culebras comen otras cosas aparte de ratones, los ratones comen yerbas además de saltamontes, etc. Una representación más realista de quien come a quien se llama red alimenticia, como se muestra a continuación: Solamente cuando vemos una representación de una red alimenticia como la anterior, es que la definición dada arriba de cadena alimenticia tiene sentido. Podemos ver que una red alimenticia consiste de cadenas alimenticias interrelacionadas, y la única manera de desenredar las cadenas es de seguir el curso de una cadena hacia atrás hasta llegar a la fuente. La red alimenticia anterior consiste de cadenas alimenticias de pastoreo ya que en la base se encuentran productores que son consumidos por herbívoros. Aún cuando este tipo de cadenas es importante, en la naturaleza son más comunes las cadenas alimenticias con base en los detritos en las cuales se encuentran descomponedores en la base. NIVELES TROFICOS Productores: El nivel trófico de los productores está integrado por organismos, que tienen la capacidad de transformar las sustancias inorgánicas en alimento orgánico, función que dentro de un ecosistema son los únicos que la poseen, también son llamados autótrofos. En su mayoría son vegetales y algas fotosintetizadotas (fitoplancton). Son el inicio de toda cadena alimentaria. Consumidores: Los consumidores se alimentan de sustancias orgánicas ya elaboradas por otros organismos, es decir de sustancias elaborados por los productores o por otros consumidores y en relación con su régimen alimentario se los conoce como heterótrofos. Los consumidores pueden ser: - consumidores primarios o de primer orden; son organismos herbívoros que se alimentan de productores, como roedores, insectos, palomas, teros, vaca, oveja, etc. - consumidores secundarios o carnívoros de primer orden, son organismos carnívoros que se alimentan de los consumidores primarios. Por su régimen alimentario se los llama carnívoros. Dentro de este grupo encontramos el zooplancton, algunos peces, zarigüeyas, culebras, ranas, etc. - consumidores terciarios o carnívoros secundarios; son los que se alimentan de otros carnívoros, como las aves rapaces y los felinos. Dentro de este grupo encontramos a los omnívoros que consumen tanto vegetales como animales. Descomponedores y detritívoros: Cuando una planta o un animal muere, los cuerpos son desintegrados por otros organismos, los descomponedores, representados por bacterias y hongos, y los detritívoros, representados por pequeños gusanos, lombrices de tierra, protozoarios, caracoles, babosas, milpiés, etc. Dentro del segundo grupo se ubican grandes animales carroñeros, organismos que se alimentan de carroña como los buitres y cuervos. La descomposición puede ser definida como la desintegración gradual de materia orgánica muerta, en la que complejas moléculas ricas en energía son fragmentadas por los organismos descomponedores y detritívoros. Los organismos pertenecientes a este nivel trófico tienen un rol primordial en el ciclo de la materia porque "cierran" las cadenas tróficas en ciclos, posibilitando que la materia orgánica se transforme en inorgánica y pueda ser captada por los productores. FLUJO DE ENERGIA DE LOS ECOSISTEMAS El flujo de energía comienza generalmente con la energía del sol que se absorbe en las plantas, éstas la transforman en energía al mezclar la luz solar con los minerales de la tierra. Al ser consumidas las plantas por animales herbívoros como las reses, estos transforman los vínculos o enlaces con otros eslabones de la cadena. Posteriormente en la naturaleza los animales depredadores y carnívoros; estos animales son consumidos posteriormente por las bacterias que al final dejan claro que el flujo de energía comienza nuevamente el ciclo. De la energía solar que llega a la superficie de un ecosistema se aprovecha sólo un 1 % aproximadamente, porque las pérdidas son considerables hasta llegar a la producción primaria. En efecto, sólo el 45% de la luz disponible es absorbible por los orgánulos fotosintéticos; una parte de la radiación potencial es reflejada; otra parte es transmitida por los órganos vegetales, 0 sea, que pasa por ellos, y la energía absorbida es transformada en calor. En el mismo ecosistema hay pérdida de energía, porque cerca de la mitad de la producción primaria bruta es gastada por los productores en su metabolismo y se pierde como calor, y sólo la otra mitad está disponible para los consumidores como alimento (carbohidratos, celulosa, lignina, grasas, proteínas, etc.). En la cadena trófica, al pasar de un eslabón 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 excretadas o regurgitadas y descompuestas por los detritívoros; y la muerte de individuos, que ocasiona pérdidas, pero la energía es devuelta, en parte, por los desintegradores. La fotosíntesis de las plantas verdes es el proceso fundamental mediante el cual la energía solar es transformada en materia orgánica, que mantiene todas las formas de vida sobre la Tierra. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA La primera ley de la termodinámica, es la aplicación del principio de conservación de la energía, a los procesos de calor y termodinámico: La primera ley hace uso de los conceptos claves de energía interna, calor, y trabajo sobre un sistema. Usa extensamente el estudio de los motores térmicos. La unidad estándar de todas estas cantidades es el julio, aunque algunas veces se expresan en calorías o BTU. En los textos de Química es típico escribir la primera ley como ΔU=Q+W. Por supuesto que es la misma ley, -la expresión termodinámica del principio de conservación de la energía-. Exactamente se define W, como el trabajo realizado sobre el sistema, en vez de trabajo realizado por el sistema. En un contexto físico, el escenario común es el de añadir calor a un volumen de gas, y usar la expansión de ese gas para realizar trabajo, como en el caso del empuje de un pistón, en un motor de combustión interna. En el contexto de procesos y reacciones químicas, suelen ser más comunes, encontrarse con situaciones donde el trabajo se realiza sobre el sistema, más que el realizado por el sistema. SENGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir. Los siguientes son algunos procesos compatibles con la primera ley de la termodinámica, pero que se cumplen en un orden gobernado por la segunda ley: 1) Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre sí, el calor fluye del objeto más cálido al más frío, pero nunca del más frío al más cálido. 2) La sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la extracción de la sal del agua requiere alguna influencia externa. 3) Cuando se deja caer una pelota de goma al piso, rebota hasta detenerse, pero el proceso inverso nunca ocurre. Todos estos son ejemplos de procesos irreversibles, es decir procesos que ocurren naturalmente en una sola dirección. Ninguno de estos procesos ocurre en el orden temporal opuesto. Si lo hicieran, violarían la segunda ley dela termodinámica. La naturaleza unidireccional de los procesos termodinámicos establece una dirección del tiempo. Ahora bien, existen diferentes formas de enunciar la segunda ley de la termodinámica, pero en su versión más simple, establece que: “El calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente”. LEY DE LA ENTROPIA O LEY CERO La entropía es el segundo principio de la termodinámica que puede definirse esquemáticamente como el "progreso para la destrucción" o "desorden inherente a un sistema. La entropía significa, expresado en términos vulgares, que todo va para peor o, lo que es lo mismo, que todo empeora o se arruina irremisiblemente. Los sistemas tienden a buscar su estado más probable (posible), es decir, busca un nivel más estable que tiende a ser lo más caótico. Se llama estado de máxima entropía en el preciso instante cuando el sistema esté a punto de cambiar de un estado “e” a un estado “e+1”. La entropía está relacionada con la tendencia natural de los objetos a caer en un estado de desorden. Todos los sistemas no vivos tienden hacia el desorden; si los deja aislados, perderán con el tiempo todo movimiento y degenerarán, convirtiéndose en una masa inerte. La entropía de un sistema es el desgaste que el sistema presenta por el transcurso del tiempo o por el funcionamiento del mismo. Los sistemas altamente en trópicos tienden a desaparecer por el desgaste generado por su proceso sistémico. Los mismos deben tener rigurosos sistemas de control y mecanismos de revisión, reelaboración y cambio permanente, para evitar su desaparición a través del tiempo. PRINCIPIO DE LA DEGRADACION Unas formas de energía pueden transformarse en otras. En estas transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda transformación, parte de la energía se convierte en calor o energía calorífica. Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor; pero, éste no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía. Son ejemplos: La energía eléctrica, al pasar por una resistencia. La energía química, en la combustión de algunas sustancias. La energía mecánica, por choque o rozamiento. Se define, por tanto, el Rendimiento como la relación (en % por ciento) entre la energía útil obtenida y la energía aportada en una transformación. CONCLUSIÓN Mi conclusión es que, Von Liebig fue un gran visionario y pionero en su trabajo, implemento los primeros fertilizantes para los suelos y eso nos ayudó a dar un gran salto en el ámbito del desarrollo sustentable. También, es importante respetar la cadena alimenticia y no menospreciar a aquellos seres que están debajo de esta, ya que, si una especie se extingue, la cadena se rompe, y es probable que muchas más especies también lo hagan. El flujo de energía de los ecosistemas es muy importante, ya que este determina qué podemos aprovechar del mismo, qué podemos explotar conscientemente y qué no. Las 3 leyes que vimos (0, 1 y 2) son bases para sustentar toda la vida de la tierra, también nos sirven para dar sentido a las Leyes de la Física teórica. El principio de degradación no es más que el principio de la vida, como sabemos, la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma, y añadido a este principio, yo entiendo que, el final de la vida de un ser, da inicio a la vida de otro. Muchas gracias. Bibliografía APA http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/degradacion.htm?3&2 http://entropia1020.blogspot.mx/2009/02/ley-de-la-entropia_05.html http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/seclaw.html http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/firlaw.html http://anacens76.blogspot.mx/2012/09/niveles-troficos.html http://www.jmarcano.com/nociones/trofico2.html http://agrichem.mx/ley-del-minimo-de-liebig-por-que-la-debes-conocer/