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1 5.- BIOSFERA. Secuencia didáctica 6: Biósfera • Definición de biósfera. • La Tierra como un todo De todos los planetas conocidos hasta el momento, la Tierra es el único en el que se encuentra agua líquida. En otros planetas, las temperaturas son demasiado altas (el agua sólo puede estar en forma de vapor) o demasiado bajas (por lo que se encuentra como hielo). Existen, no obstante, sospechas de que pudiera encontrarse agua líquida en algunos satélites, como Europa, satélite de Júpiter. Hace millones de años, las condiciones físico-químicas del tercer planeta más cercano al sol, nuestra Tierra, hicieron coincidir una serie de uniones de elementos para que en éste surgiera la vida. Podrá discutirse, y de hecho se hace, la existencia de una mano divina o la ocurrencia del azar, pero en el que ahora es un planeta azul que navega por el espacio, aparecieron variadas y simples formas animadas; más tarde, la profusión de estas formas simples anunció el surgimiento de criaturas complejas, que fueron evolucionados desde entonces. Es difícil descubrir cómo o de qué manera surgió este fenómeno de vida en nuestro planeta... el hecho más importante es que, después de esa cadena de sucesos trascendentales, una gran cantidad de comunidades vivientes, incluyendo la nuestra, han encontrado un refugio donde vivir: esta delgada capa terrestre denominada Biósfera, que literalmente se define como "esfera de vida". DEFINICIONES: * La biosfera o biósfera es el sistema formado por el conjunto de los seres vivos del planeta Tierra y sus relaciones. Este significado de «envoltura viva» de la Tierra, es el de uso más extendido, pero también se habla de biosfera, en ocasiones, para referirse al espacio dentro del cual se desarrolla la vida. La biosfera es el ecosistema global. Al mismo concepto nos referimos con otros términos, que pueden considerarse sinónimos, como ecosfera o biogeosfera. * Es una creación colectiva de una variedad de organismos y especies que interactuando entre sí, forman la diversidad de los ecosistemas. Tiene propiedades que permiten hablar de ella como un gran ser vivo, con capacidad para controlar, dentro de unos límites, su propio estado y evolución. * La biósfera es el sistema que abarca a todos los seres vivientes de nuestro planeta y a su hábitat; es decir, el lugar donde se desarrolla su ciclo vital: el aire, el agua y el suelo donde desde los organismos más diminutos hasta las imponentes especies de plantas y animales, han encontrado el sustento para sobrevivir. También podemos invertir la definición y decir que todos los seres vivos de la tierra están relacionados unos con otros y se agrupan en niveles de organización; el nivel máximo, que comprende el conjunto de todos los organismos vivos y los ambientes en que habitan, se denomina biósfera. La biósfera es la parte de la Tierra donde se encuentran los seres vivos. Es el espacio de la vida en nuestro planeta. Podemos encontrar seres vivos en la hidrósfera, la litosfera y la atmósfera. La biósfera es el ecosistema global. En ecología, la biosfera es el sistema material formado por el conjunto de los seres vivos propios del planeta Tierra, junto con el medio físico que les rodea y que ellos contribuyen a conformar. Este significado de "envoltura viva" de la Tierra, es el de uso más extendido, pero también se habla de biosfera a veces para referirse al espacio dentro del cual se desarrolla la vida, también la biosfera es el conjunto de la litosfera, hidrósfera y la atmosfera. ESTRUCTURA. Atmósfera: está constituida por una mezcla de gases: - Oxígeno (O2): esencial para la vida de todos los organismos. - Dióxido de carbono: (CO2): que se libera como producto de la respiración de plantas, animales y otros seres vivos. 2 - Nitrógeno (N2): el más abundante y muy importante para la vida de nuestro planeta. Se reconocen cinco capas en la atmósfera: tropósfera, mesósfera, estratósfera, ionósfera y exósfera. Cada capa tiene un espesor diferente. La composición del aire varía a medida que aumenta la altura. Geósfera: es la segunda capa que cubre al planeta. Tiene un grosor de más de 6.000 km. y solo 80 cm corresponden al suelo. Las rocas, el clima y la presencia o ausencia de organismos determinan el tipo de suelo, que puede ser: orgánico, arcilloso, arenoso o rocoso. Hidrósfera: es la tercera envoltura de la tierra. Representa un lugar donde habita gran variedad de seres vivos cuando se dan condiciones tales como: temperatura, luminosidad, salinidad. El nivel de salinidad permite distinguir entre zonas de aguas saladas y zonas de aguas dulces. Estas últimas, que se utilizan para el riego, se encuentran en menor cantidad en el planeta. La biósfera se divide en diferentes zonas con características propias denominadas "ecosistemas". Un ecosistema es básicamente un conjunto estable de elementos vivos y no vivos, que se influyen mutuamente. Los seres vivos de un ecosistema se clasifican, de acuerdo a la función que desempeñan, en tres categorías; los Productores, Consumidores y los Descomponedores. Un productor es un ser vivo capaz de tomar los elementos sencillos que encuentra en su medio y transformarlos en compuestos complejos (alimento) que utiliza para su subsistencia. Los consumidores son los seres que transforman el alimento creado por los productores y lo utilizan de acuerdo a sus necesidades. Y los descomponedores son los que transforman estos compuestos complejos en elementos simples, devolviéndolos al ambiente y cerrando así el ciclo La Tierra como un todo. La tierra es una capa fina de materia en la superficie del planeta, en la que plantas y árboles tienen sus raíces. Está hecha de roca desgastada, materia putrefacta vegetal y animal, y está influenciada por la lluvia, el aire, los productos químicos y otras materias orgánicas. La composición influye en qué plantas crecerán bien y qué animales se sentirán atraídos a esa zona. Arenosa, limosa, franca y arcillosa, son los tipos básicos de tierra, y la mayoría estará hecha de los cuatro. En ella se encuentran todos los ecosistemas. El paisaje vegetal que hoy día percibimos, es fruto de una serie de acontecimientos que se han venido sucediendo a lo largo del tiempo, y que han ido originando importantes cambios en la estructura y composición de los bosques. En tiempos más recientes, los efectos de las actividades humanas (deforestaciones, fuegos, prácticas agropastorales, repoblaciones, etc.) han determinado cambios evidentes en el medio ambiente. Océanos En los océanos la vida se concentra en la capa superficial, zona fótica, en la que penetra la luz. La cadena trófica empieza aquí con fotosintetizadores que son sobre todo cianobacterias y protistas, generalmente unicelulares y planctónicos. Además de en la zona fótica, hay una vida marina próspera en cada uno de los oscuros y extensos fondos del océano, la cual depende, para su nutrición, de la materia orgánica que cae desde arriba, en forma de residuos y cadáveres. En algunos lugares en los que los procesos geotectónicos hacen aflorar aguas calientes cargadas de sales, son importantes los productores primarios, autótrofos, que obtienen la energía de reacciones químicas basadas en sustratos inorgánicos; el tipo de metabolismo que llamamos quimiosíntesis. Los factores limitantes para el desarrollo de la vida son aquí algunos nutrientes esenciales, como el hierro, que son escasos, y la máxima productividad la encontramos en los mares fríos y en ciertas regiones tropicales, contiguas a los continentes, en las que las corrientes hacen aflorar nutrientes desde el fondo del mar. Fuera de esos lugares, las regiones pelágicas (en alta mar) de las latitudes cálidas son desiertos biológicos, con poca densidad de vida. Los ecosistemas marinos más ricos y complejos son sin embargo tropicales, y son los que se desarrollan a muy poca profundidad, sólo unos metros, ricos en vida bentónica, cerca de la orilla; el ejemplo más claro son los arrecifes 3 coralinos. En contra de ciertos prejuicios, la densidad media de vida es mayor en los continentes que en los océanos en la biosfera actual; aunque como el océano es mucho más extenso, le corresponde aproximadamente el 50% de la producción primaria total del planeta. Continentes En los continentes la cadena trófica arranca de las plantas terrestres, fotosintetizadores que obtienen nutrientes minerales del suelo gracias a las mismas estructuras con que se anclan, las raíces, haciendo circular agua hacia el follaje, donde la evaporan. Por esta razón el principal factor limitante en los continentes es la disponibilidad de agua en el suelo, a la vez que lo es la temperatura, que es más variable que en los mares, donde el elevado calor específico del agua asegura un ambiente térmico muy homogéneo y estable en el tiempo. Por la razón indicada, la biomasa, la productividad bruta y la diversidad ecológica, se distribuye: * Siguiendo un gradiente, con un máximo hacia el ecuador y un mínimo en las regiones polares, en correlación con la energía disponible. * Concentrada en tres bandas extendidas latitudinalmente. La primera de ellas es la ecuatorial, donde las lluvias producidas por el frente intertropical, que son de tipo cenital, se producen todo el año o alternando con una estación seca. Las otras dos, más o menos simétricas, cubren las latitudes medias o templadas, donde hay una mayor o menor abundancia de lluvias ciclonales, que acompañan a las borrascas. Entre esas zonas húmedas y de vida densa, hay dos franjas simétricas de regiones desérticas o semidesérticas tropicales, donde aunque la biomasa es baja, es elevada la biodiversidad. En las latitudes altas de ambos hemisferios tenemos, por último, las regiones polares, donde la pobreza de vida se explica por la escasez de agua líquida tanto como por la de energía. Biosfera profunda Hasta hace poco se ponía como límite para la vida el nivel, a pocos metros de profundidad, hasta donde se extienden las raíces de las plantas. Ahora hemos comprobado que no sólo en los fondos oceánicos hay ecosistemas dependientes de organismos quimioautótrofos, sino que la vida de este tipo se extiende hasta niveles profundos de la corteza. Consiste en bacterias y arqueas extremófilas, las cuales extraen energía de procesos químicos inorgánicos (Quimiosíntesis). Prosperan sin duda mejor en lugares donde aparecen ciertas mezclas minerales inestables, que ofrecen un potencial de energía química; pero la Tierra es geológicamente un planeta aún vivo, donde los procesos internos generan aún constantemente situaciones así. Homeostasis La organización de la vida se basa en una jerarquía de niveles de complejidad, con sistemas menores que se organizan para formar otros mayores, más complejos y potencialmente más variados. Se trata de sistemas auto organizados con distintos grados de control cibernético sobre su estado. El máximo autocontrol lo encontramos en los niveles que llamamos de las células y de los organismos; de hecho basta una célula para tener un organismo autónomo (un organismo unicelular). En menor medida observamos autocontrol, por mecanismos cibernéticos de realimentación negativa, en el nivel de organización de los ecosistemas. Algunos autores, como el propio Vernadski, y luego señaladamente James Lovelock, valoraron que la misma posibilidad la demuestra el ecosistema global, es decir, la biosfera. La biosfera muestra, aunque no con el grado de control de un organismo, capacidades de homeostasis (regulación de su composición y estructura) y homeorresis (regulación del ritmo de sus procesos internos y de intercambio). Astrobiología El descubrimiento de la biosfera profunda trajo consigo un importante cambio teórico y psicológico, al mostrar la viabilidad de la vida en ambientes extremos y en ausencia de luz, en contra de nuestros conceptos anteriores. La progresiva comprensión de lo que representa la biosfera terrestre, ha hecho cambiar las ideas acerca de la probabilidad de la aparición espontánea de vida en otros cuerpos planetarios, y de su progresión para formar otras 4 biosferas, haciendo racional la esperanza de observar vida en cuerpos planetarios del Sistema Solar donde nos parecía antes imposibles. HIPÓTESIS DE GAIA El estudio de la habitabilidad planetaria está parcialmente basado en una extrapolación del conocimiento de las condiciones terrestres, ya que actualmente la Tierra es el único planeta en el que se conoce la presencia de vida. La hipótesis de Gaia es un conjunto de modelos científicos de la biosfera en el cual se postula que la vida fomenta y mantiene unas condiciones adecuadas para sí misma, afectando al entorno. Según la hipótesis de Gaia, la atmósfera y la parte superficial del planeta Tierra se comportan como un todo coherente donde la vida, su componente característico, se encarga de autorregular sus condiciones esenciales tales como la temperatura, composición química y salinidad en el caso de los océanos. Gaia se comportaría como un sistema auto-regulador (que tiende al equilibrio). La teoría fue ideada por el químico James Lovelock en 1969 (aunque publicada en 1979) siendo apoyada y extendida por la bióloga Lynn Margulis. Lovelock estaba trabajando en ella cuando se lo comentó al escritor William Golding, fue éste quien le sugirió que la denominase “Gaia”, diosa griega de la Tierra (Gaia, Gea o Gaya). Esta hipótesis se basa en la idea de que la biomasa autorregula las condiciones del planeta para hacer su entorno físico (especialmente temperatura y química atmosférica) más hospitalario con las especies que conforman la «vida». La hipótesis Gaia define esta «hospitalidad» como una completa homeostasis. Un modelo sencillo que suele usarse para ilustrar la hipótesis Gaia es la simulación del mundo de margaritas. Según la segunda ley de la termodinámica un sistema cerrado tiende a la máxima entropía. En el caso del planeta Tierra su atmósfera debería hallarse en equilibrio químico, todas las posibles reacciones químicas ya se habrían producido y su atmósfera se compondría mayoritariamente de CO2 (Se estimó que la atmósfera debería componerse de, aproximadamente, un 99% de CO2) sin apenas vestigios de oxigeno y nitrógeno. Según la teoría de Gaia, el que al día de hoy la atmósfera la compongan un 78% de nitrógeno, 21% de oxigeno y apenas un 0,03% de dióxido de carbono se debe a que la vida, con su actividad y su reproducción, mantiene estas condiciones que la hacen habitable para muchas clases de vida Reserva de la biosfera En 1970 la UNESCO empezó el proyecto "el hombre y la biosfera", que tenía como objetivo conciliar la mentalidad y el uso de los recursos naturales, esbozando el concepto actual de desarrollo sostenible. Como parte de ese proyecto se seleccionarían lugares geográficos representativos de los diferentes hábitats del planeta, abarcando tanto ecosistemas terrestres como marítimos. Esas áreas se conocen como reservas de la biosfera. Estas reservas de la biosfera están reconocidas internacionalmente, aunque permanecen bajo la soberanía de sus respectivos países, y no están cubiertas ni protegidas por ningún tratado internacional. Se seleccionan por su interés científico, basándose en una serie de criterios que determinan si un espacio se incluye en el programa. La función de estos espacios es además de la conservación y protección de la biodiversidad, también el desarrollo económico y humano de estas zonas, la investigación, la educación y el intercambio de información entre las diferentes reservas, que forman una red mundial En junio de 2010, existen 564 reservas de la biosfera en 109 países diferentes. 5 TEMA 3.- COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y DINÁMICA DE LA BIOSFERA 3.1.- CONCEPTO DE BIOSFERA, ECOSFERA Y ECOSISTEMA VER CONCEPTOS PREVIOS DE ECOLOGÍA Es la cubierta de la vida. Es la parte del planeta donde se encuentran los seres vivos, unos 8 Km. Por encima y por debajo de la superficie terrestre y por debajo del mar. No es una capa uniforme, ni en grosor ni en densidad. BIOSFERA Vernadsky 1911 Actualmente se considera como el conjunto de seres vivos que habitan en el planeta en un lugar y en un tiempo determinado. Como necesitan un lugar y unas características que hagan posible su existencia llegamos al concepto de ECOSFERA. Si la Biocenosis es el conjunto de seres vivos que habitan en un ecosistema, la ecosfera será el conjunto de seres vivos que habitan en la Biosfera. La biosfera es uno de los subsistemas terrestre, que interacciona con los demás subsistemas (atmósfera, hidrosfera y Geósfera). ECOSFERA Estos otros subsistemas componen el lugar donde se asientan los seres vivos que componen la Biosfera (Ecosfera) y por tanto son su biotopo. Tampoco podemos olvidar que los organismos no viven de forma aislada por lo que surgen interacciones entre ellos y de ellos con el medio que les rodea. Serían los factores bióticos y abióticos. 3.2.- COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA BIOSFERA Conjunto de seres vivos de la misma especie que viven en un ecosistema en POBLACIÓN un momento determinado. Se refiere a la forma en que disponen las poblaciones y las interrelaciones que tienen lugar entre ellos. ESTRUCTURA DE UN ECOSISTEMA Estas relaciones se basan básicamente en términos de FLUJO DE ENERGÍA Y CICLOS DE MATERIA Desde el punto de vista de los modelos se considera que entre las poblaciones de seres vivos y el medio existen una serie de relaciones CAUSALES. TEORIA DE SISTEMAS Desde el punto de vista termodinámico, la biosfera debe considerarse como un subsistema ABIERTO (intercambia materia y energía), mientras que la Tierra en su conjunto sería un sistema CERRADO (solamente intercambia energía). RESERVAS DE LA BIOSFERA 1 ALTO GOLFO DE CALIFORNIA Y DELTA DEL RÍO COLORADO 2 EL PINACATE Y GRAN DESIERTO DE ALTAR 3 EL VIZCAÍNO 4 SIERRA LA LAGUNA 5 ARCHIPIÉLAGO DE REVILLAGIGEDO 6 LA MICHILÍA 7 MAPIMI 8 EL CIELO 9 SIERRA DE MANANTLAN 10 CHAMELA-CUIXMALA 11 SIERRA DEL ABRA TANCHIPA 12 PANTANOS DE CENTLA 6 13 EL TRIUNFO 14 LACANTÚN 15 MONTES AZULES 16 CALAKMUL 17 SIAN KA'AN 18 LA SEPULTURA 1 19 LA ENCRUCIJADA2 LOCALIZACIÓN GENERAL RESERVAS ESPECIALES DE LA BIOSFERA 20 ISLA GUADALUPE 21 ISLAS DEL GOLFO DE CALIFORNIA 22 ISLA RASA 23 ISLA TIBURÓN 24 CAJÓN DEL DIABLO 25 MARIPOSA MONARCA 26 VOLCÁN DE SAN MARTÍN 27 SIERRA DE SANTA MARTA 28 SELVA EL OCOTE 29 CASCADA DE AGUA AZUL 30 RÍA CELESTÚN 31 RÍA LAGARTOS 32 ISLA CONTOY MONUMENTOS NATURALES 33 CERRO DE LA SILLA 34 BONAMPAK 35 YAXCHILÁN PARQUES MARINOS NACIONALES 36 CABO PULMON 37 SISTEMA ARRECIFAL VERACRUZANO 38 ARRECIFE ALACRANES AREAS DE PROTECCIÓN DE FLORA Y FAUNA 39 CAÑÓN DE SANTA ELENA 40 MADERAS DEL CARMEN 41 CUATROCIÉNEGAS 42 CORREDOR BIOLÓGICO CHICHINAUTZIN 43 CHAN-KIN 44 LAGUNA DE TÉRMINOS 45 YUM-BALAM 46 UAYMIL 7 Carta de la Tierra Resumen La Carta de la Tierra es una síntesis de valores, principios y aspiraciones ampliamente compartidos por un número creciente de hombres y mujeres en todas las regiones del mundo. Los principios de la Carta de la Tierra reflejan consultas internacionales extensivas conducidas por un período de varios años. Estos principios también están basados en la ciencia contemporánea, las leyes internacionales y en lo más profundo de la filosofía y la religión. La Carta de la Tierra (del inglés The Earth Charter) es una declaración internacional de principios, propuestas y aspiraciones para una sociedad mundial sostenible, solidaria, justa y pacífica en el siglo XXI. La declaración contiene un planteamiento global y conciso de los retos del planeta, así como propuestas de cambios y de objetivos compartidos que pueden ayudar a resolverlos. Aunque abarca muchas áreas de atención y de detalle, su resumen es muy simple: todos somos uno. La Carta llama a la humanidad a desarrollar una visión universal y de conjunto en una coyuntura crítica de la historia. La Carta no ha nacido con el objetivo de ser un documento internacional más. Tratando de ir más allá de la teoría, se ha ido desarrollando a la vez un movimiento internacional plural, autónomo, que trabaja para poner en práctica sus principios. Esta red civil global es conocida como la Iniciativa de la Carta de la Tierra. Misión de la Carta de la Tierra Con el lanzamiento oficial de la Carta de la Tierra en el Palacio de la Paz en La Haya el 29 de junio del 2000, se inició una nueva fase para la Iniciativa. La misión de la Iniciativa de ahora en adelante es establecer una base ética sólida para la sociedad global emergente y ayudar a crear un mundo sostenible basado en el respecto a la naturaleza, los derechos humanos universales, la justicia económica y una cultura de paz. Las Metas de la Carta de la Tierra 1º. Promover la diseminación e implementación de la Carta de la Tierra por parte de la sociedad civil, el sector de negocios y el gobierno en todos sus niveles. 2º. Instar y apoyar el uso educativo de la Carta de la Tierra en ambientes tanto formales como no formales. 3º. Buscar el aval a la Carta de la Tierra por parte de las Naciones Unidas. Principios El texto de la Carta está estructurado en torno a 4 principios básicos o angulares, desplegados en 16 principios generales, desarrollados y complementados a su vez en 61 principios de detalle o de apoyo. Todos ellos van precedidos de un Preámbulo, y finalizan con un texto de conclusión (El camino hacia adelante). El conjunto posee gran belleza (y por tanto fuerza atractiva). Es un texto sin duda adecuado para inaugurar el nuevo milenio. En él se recoge lo mejor que el discurso ecológico ha producido, junto con los resultados más aceptados de las ciencias de la vida y del universo, todo ello con gran densidad ética y humanista. Éstos son los 16 principios generales: I. Respeto y cuidado de la vida. 1. Respetar la Tierra y la vida en toda su diversidad. 2. Cuidar la comunidad de la vida con entendimiento, compasión y amor. 3. Construir sociedades democráticas que sean justas, participativas, sostenibles y pacíficas. 4. Asegurar que los frutos y la belleza de la Tierra se preserven para las generaciones presentes y futuras. II. Integridad ecológica 5. Proteger y restaurar la integridad de los sistemas ecológicos de la Tierra, con especial preocupación por la diversidad biológica y los procesos naturales que sustentan la vida. 8 6. Evitar dañar como el mejor método de protección ambiental y, cuando el conocimiento sea limitado, proceder con precaución. 7. Adoptar patrones de producción, consumo y reproducción que salvaguarden las capacidades regenerativas de la Tierra, los derechos humanos y el bienestar comunitario. 8. Impulsar el estudio de la sostenibilidad ecológica y promover el intercambio abierto y la extensa aplicación del conocimiento adquirido. III. Justicia social y económica 9. Erradicar la pobreza como un imperativo ético, social y ambiental. 10. Asegurar que las actividades e instituciones económicas, a todo nivel, promuevan el desarrollo humano de forma equitativa y sostenible. 11. Afirmar la igualdad y equidad de género como prerrequisitos para el desarrollo sostenible y asegurar el acceso universal a la educación, el cuidado de la salud y la oportunidad económica. 12. Defender el derecho de todos, sin discriminación, a un entorno natural y social que apoye la dignidad humana, la salud física y el bienestar espiritual, con especial atención a los derechos de los pueblos indígenas y las minorías. IV. Democracia, no violencia y paz 13. Fortalecer las instituciones democráticas en todos los niveles y brindar transparencia y rendimiento de cuentas en la gobernabilidad, participación inclusiva en la toma de decisiones y acceso a la justicia. 14. Integrar en la educación formal y en el aprendizaje a lo largo de la vida, las habilidades, el conocimiento y los valores necesarios para un modo de vida sostenible. 15. Tratar a todos los seres vivientes con respeto y consideración. 16. Promover una cultura de tolerancia, no violencia y paz. La Carta finaliza con estas alentadoras palabras: Que el nuestro sea un tiempo que se recuerde: - por el despertar de una nueva reverencia ante la vida; - por la firme resolución de alcanzar la sostenibilidad; - por el aceleramiento en la lucha por la justicia y la paz y - por la alegre celebración de la vida.