El documento describe los conceptos fundamentales de circulación de materia y energía en los ecosistemas. Explica que la energía solar fluye a través de las cadenas tróficas desde los productores primarios hasta los descomponedores, mientras que los nutrientes se reciclan en ciclos cerrados. También define parámetros como biomasa, producción, productividad y eficiencia biológica que miden el flujo de energía a través de los niveles tróficos y del ecosistema en su conjunto.

1. CIC JULIO SÁNCHEZ
Circulación de materia y energía

2. CIC JULIO SÁNCHEZ
1.- DEFINICIONES PREVIAS
Biosfera es el conjunto de todos los seres vivos que habitan la Tierra
Los ecosistemas son sistemas complejos como el bosque, el río o el
lago, formados por una trama de elementos físicos (el biotopo) y
biológicos (la biocenosis o comunidad de organismos)
Los organismos viven en poblaciones que se estructuran en
comunidades. El concepto de ecosistema aún es más amplio que el de
comunidad porque un ecosistema incluye, además de la comunidad, el
ambiente no vivo, con todas las características de clima, temperatura,
sustancias químicas presentes, condiciones geológicas, etc.

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4. CIC JULIO SÁNCHEZ
El ecosistema estudia las relaciones que mantienen entre sí los
seres vivos que componen la comunidad, pero también las
relaciones con los factores no vivos.
La ecosfera en su conjunto es el ecosistema mayor. Abarca todo el
planeta y reúne a todos los seres vivos en sus relaciones con el
ambiente no vivo de toda la Tierra.
El funcionamiento de todos los ecosistemas es
parecido. Todos necesitan una fuente de
energía que, fluyendo a través de los distintos
componentes del ecosistema, mantiene la vida
y moviliza el agua, los minerales y otros
componentes físicos del ecosistema. La fuente
primera y principal de energía es el sol.
En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento
continuo de los materiales

5. . Los diferentes CIC JULIO SÁNCHEZ
elementos químicos
pasan del suelo, el
agua o el aire a los
organismos y de
unos seres vivos a
otros, hasta que
vuelven, cerrándose
el ciclo, al suelo o al
agua o al aire.
En el ecosistema la materia se recicla -en un ciclo cerrado- y la energía
pasa - fluye- generando organización en el sistema
Desde el punto de vista termodinámico la ecosfera es un sistema cerrado
( intercambia energía pero no materia)
Biomas son los diferentes ecosistemas que hay en la Tierra
Los ecosistemas se estudian analizando las relaciones alimentarias, los
ciclos de la materia y los flujos de energía.

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2.- RELACIONES TRÓFICAS
La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la
Tierra desde el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de
la cadena trófica.
Las redes de
alimentación (reunión de
todas las cadenas
tróficas) comienzan en
los productores que son
los organismos
autótrofos ( capaces de
sintetizar materia
orgánica). Se dividen en
- Fotosintéticos: transforman la energía lumínica en energía
química. Pertenecen a este grupo , algunas bacterias,
cianobacterias, algas y plantas

7. - Quimiosintéticos: Utilizan la energía de reacciones de oxidación.
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Son principalmente bacterias
Parte de la materia orgánica sintetizada es utilizada por los propios
organismo fotosintéticos para el proceso de respiración; es decir la
energía es utilizada en los procesos vitales y se transforma en calor.
El resto de la materia orgánica se almacena y puede ser transferida al
siguiente nivel trófico
El siguiente nivel corresponde a los
consumidores que son una serie de
organismos heterótrofos que utilizan la
materia orgánica tomada directa o
indirectamente de los autótrofos.
Podemos distinguir: consumidores primarios: se alimentan de los
productores ( herbívoros); consumidores secundarios se alimentan de
los primarios ( carnívoros) y consumidores terciarios que se
alimentan de los secundarios (carnívoros finales)

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Además podemos encontrar ramificaciones en las
redes tróficas; ya que existen omnívoros : que se
alimentan de más de un nivel; carroñeros o
necrófagos que se alimentan de cadáveres y los
saprófitos o detritívoros que consumen todo tipo de
restos orgánicos ( ramas, hojas, heces...)
Finalmente el último nivel de la cadena trófica
corresponde a los descomponedores que
transforman la materia orgánica en inorgánica para
completar el ciclo de materia. Encontramos
bacterias y hongos
3.- PARAMETROS TRÓFICOS
Son indicadores de la rentabilidad de un nivel trófico concreto o de
todo el ecosistema

9. 3.1 BIOMASA CIC JULIO SÁNCHEZ
Cantidad en masa de materia
orgánica viva o muerta de cualquier
nivel trófico o de un ecosistema por
unidad de área o volumen
Indica la manera que tiene la
biosfera de almacenar energía
unidades: gramos de peso fresco o seco, gramos de carbono, calorías
(1g=4Kcal). Se suele referir a una superficie concreta (g/m2; g/ha;
etc)
En la Geosfera la biomasa vegetal es más abundante que la animal, y
entre los diferentes puntos varía mucho. En la Hidrosfera la biomasa
vegetal es menor que la animal

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Se pueden considerar tres tipos de biomasa:
1.-BIOMASA PRIMARIA: La producida directamente por los
productores.
2.-BIOMASA SECUNDARIA: La producida por consumidores y
descomponedores.
3.-BIOMASA RESIDUAL: La producida como resultado de la
acción antrópica., tanto de origen primario ( serrín, paja, alpechín)
o secundario ( estiércol, residuos alimenticios...)

11. 3. 2 PRODUCCIÓN CIC JULIO SÁNCHEZ
incremento de biomasa por unidad de tiempo.
• nos da una idea del flujo de energía por unidad de superficie y de
tiempo.
• también de la biomasa consumible por un nivel trófico superior
sin poner en peligro la estabilidad del ecosistema.
• unidades: las de biomasa referidas a tiempo (g/m2/dia, Kcal
/ha/año,
Se llama producción primaria a la energía
fijada por por los organismos autótrofos y
producción secundaria a la correspondiente
al resto de los niveles tróficos
Producción bruta (Pb) ; es la energía total
fijada
Producción neta (Pn) : energía
almacenada. Se obtiene de:
Pn= Pb - R , siendo R lo que se gasta en la
respiración

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Para la producción neta ( energía almacenada) se cumple la llamada
regla del 10% : La energía que pasa de un eslabón a otro en una
cadena trófica es aproximadamente el 10 % de la acumulada en él
Esta regla explica el número tan reducido de eslabones en una
cadena trófica

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Los ecosistemas naturales de mayor producción son los arrecifes
de coral, los estuarios, las zonas costeras, los bosques ecuatoriales
y las zonas húmedas de los continentes.
Los menos productivos son los desiertos y las zonas centrales de
los océanos.

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3.3 PRODUCTIVIDAD Y TASA DE RENOVACIÓN
Productividad es la relación entre la producción y la biomasa.
p=P/B
La productividad bruta será pB = PB / B
La tasa de renovación ( turnover) es la productividad neta pN = r
= PN / B
La tasa de renovación varía entre 0 y 1, e indica la producción
de nueva biomasa en cada nivel trófico en relación con la
existente. La tasa de renovación es en muchos casos un parámetro
mucho mejor que la producción neta para valorar el flujo de energía
de un ecosistema. El plancton por ejemplo tiene una producción
menor que los vegetales terrestres, sin embargo tienen una mayor
productividad por que su tasa de reproducción es muy alta y se
renuevan muy rápidamente.

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Por este motivo la biomasa que habitualmente es menor a medida
que subimos en los escalones de la pirámide trófica, en este caso
es al revés y la biomasa es mayor en los herbívoros que en los
productores
Cuando se empieza a colonizar un territorio la productividad es
muy alta, a medida que el territorio se va colonizando y se alcanza
la estabilidad la biomasa alcanza un valor máximo y la
productividad es mínima.
.
•En un cultivo agrícola la tasa de renovación
sería próxima a 1.
•En un pastizal sería entre 0 y 1.
•En un bosque maduro sería cercana al 0.
•Un pastizal tiene una estructura muy simple, el
tiempo de permanencia de la biomasa es breve y
su productividad es alta

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cuando un ecosistema es estable y muy organizado, hay una gran
cantidad de biomasa y una gran biodiversidad, pero su
productividad es baja y disminuye el flujo de energía: entra
mucha energía pero se gasta porque hay una gran cantidad de
biomasa.
La selva tropical tiene una
producción muy alta pero una
productividad cercana al 0 En las
explotaciones agrícolas, el ser
humano extrae del ecosistema una
gran parte o la totalidad de la
biomasa al final de la temporada.
Esto disminuye los gastos por
respiración y un aumento de la
productividad. Sin embargo debe
reponerse al suelo la materia
extraída.

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3.4 TIEMPO DE RENOVACIÓN
Es el tiempo que tarda un nivel trófico, o un ecosistema completo, en
renovar su biomasa. tr = B / PN Es una medida del tiempo de
permanencia de los elementos químicos dentro de las estructuras
biológicas del ecosistema. Los productores pueden presentas dos
estrategias en relación a su tr:
1.Especies rápidas. Son pequeños, de estructura y morfología
simple, y con una tasa de reproducción alta. Fitoplancton
2.Especies lentas. Son de gran tamaño, estructura y morfología
compleja, y una tasa de reproducción muy baja. Bosques de
encinas. En los ecosistemas suelen estar presentes ambos tipos para
asegurar un aporte energético suficiente al ecosistema. En un lago
suele haber fitoplancton y algas más lentas. En un encinar hay
también un estrato herbáceo

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3.5 EFICIENCIA BIOLÓGICA
Mide el rendimiento energético de un nivel trófico o de un ecosistema
completo, es decir, la capacidad de incorporar materia orgánica a sus
tejidos.
Nos indica cuanta energía entra, se pierde o se acumula en cada nivel
trófico o en un ecosistema completo. Se calcula mediante entradas y
salidas:
PRODUCTORES: Se puede medir la PPB mediante:
energía asimilada/ energía solar incidente
Los valores son muy bajos entre el 1 y 3 %.
También se puede medir la relación PN/PB.
Así se calculan las pérdidas por respiración, excreción,...
En el fitoplancton supone del 10 al 40 %. En vegetales terrestres el
50%

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CONSUMIDORES: Se suele usar la relación:
PN/alimento ingerido o Engorde/ alimento ingerido.
Las medidas de eficiencia son interesantes para valorar los
ecosistemas explotados por el ser humano, siempre que se
contabilicen correctamente las entradas y salidas del sistema,
especialmente los INSUMOS: costes de: combustibles de las
máquinas, gastos en semillas especiales, administración,
vacunación.
La eficiencia puede mejorarse en la producción de alimentos
acortando las cadenas tróficas. Así se aprovecha más energía que
entra en el ecosistemas y se puede alimentar a mayor cantidad de
individuos.

20. RESUMEN
PARÁMETROS TRÓFICOS
PRODUCTIVIDAD TIEMPO DE EFICIENCIA
BIOMASA PRODUCCIÓN
Tasa de renovación RENOVACIÓN
La cantidad de energía
Es el tiempo que tarda
Cantidad de Materia almacenada por
Energía por en renovarse un nivel trófico
Orgánica unidad de tiempo
cada nivel trófico o un ecosistema
Por nivel trófico o en un
en todo el ecosistema eslabón o ecosistema
Se puede medir en
en relación con
días, años, ...
SECUNDARIA la materia orgánica total
Niveles consumidores
PRIMARIA
Nivel de productores El porcentaje de energía
Pn / B B / Pn que es transferida desde un
g C/m2 . día nivel trófico al siguiente
Kcal/ha . año
g C/cm2
Es la parte
kg C/m2
de la producción neta
tm C/ha
de un determinado
P. BRUTA P. NETA nivel trófico que se
convierte en
Pn/Pn del nivel anterior . 100 Pn del nivel siguiente
Energía fijada Energía almacenada Pn/Pb . 100
Mide la cantidad de energía
por unidad de tiempo por unidad de tiempo incorporada a un nivel trófico
respecto del total asimilado
Pn = Pb - R

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4.- PIRAMIDES TRÓFICAS
Son esquemas que se utilizan para representar cuantitativamente las
relaciones tróficas entre los distintos niveles de un ecosistema.
Se utilizan barras superpuestas que suelen tener una altura constante y
una longitud proporcional al parámetro elegido, de manera que el área
representada es proporcional al valor del parámetro que se mide.
El nivel DESCOMPONEDORES no se suele representar, ya que es
difícil de cuantificar.
Se suelen usar tres tipos de pirámides:
1.Pirámides de energía,
2.Pirámides de biomasa
3.Pirámides de números.

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4.1 PIRÁMIDES DE ENERGÍA
Expresa el contenido energético que cada nivel trófico pone a
disposición del nivel superior, es decir la producción neta de
cada nivel. También se llaman PIRÁMIDES DE
PRODUCCIÓN.
Las unidades se suelen expresar en:
Energía (Kcal o Kjul) / unidad de superficie. Unidad de Tiempo
Siempre tendrá forma decreciente hacia arriba por la Ley del
10%
Proporciona información sobre el FLUJO ENERGÉTICO

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4.2 PIRÁMIDES DE BIOMASA
Indican la biomasa acumulada en cada nivel trófico, expresada en:
peso seco de materia orgánica / unidad de superficie o volumen o
su equivalente en: energía/ unidad de superficie o volumen.
Estas pirámides se
refieren a periodos de
tiempo corto por lo que
no informan sobre la
cantidad de materia
producida a lo largo del
tiempo o de su
velocidad de
producción

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Esto puede inducir a que en algunos momentos se observen
PIRÁMIDES INVERTIDAS debido a que los datos se toman en
un momento determinado, por ejemplo cuando los datos se
toman en el momento de mayor consumo por parte de los
herbívoros, como en algunos ecosistemas marinos.
Proporciona información sobre LA CANTIDAD DE
MATERIA ORGÁNICA PRESENTE EN CADA NIVEL
TRÓFICO y sobre LA COMPOSICIÓN Y
FUNCIONAMIENTO DEL ECOSISTEMA

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4.3.- PIRÁMIDES DE NÚMEROS
Expresan el nº concreto de
individuos de cada nivel
trófico por unidad de
superficie o volumen. La
información que
proporcionan NO ES UTIL
SI SE QUIEREN
COMPARAR DOS
ECOSISTEMAS ya que
considera igual a organismos
muy diferentes. ( saltamontes
y vacas). En el caso de que
incluyan parásitos puede dar
una forma INVERTIDA.

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5.- FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA
Ley de mínimo (Liebig): el crecimiento de una especie vegetal se ve
limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad
inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante.
• Si todos los factores y elementos están en cantidades necesarias,
excepto uno de ellos, este último que escasea se denomina factor
limitante.
Los principales factores limitantes son:
a) Temperatura y humedad
La eficiencia fotosintética aumenta al hacerlo ambos parámetros pero
si la temperatura aumenta mucho la producción primaria decrece
mucho debido a la desnaturalización de las enzimas fotosintéticas

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b) Falta de nutrientes
El principal factor limitante de la producción primaria es el fósforo
debido a su escasa presencia y dificultan en su obtención
En segundo lugar está el nitrógeno que sólo algunos
microorganismos logran fijarlo desde la atmósfera
c) Luz y la disposición de las unidades fotosintéticas
La luz incide sobre los sistemas de captación o fotosistemas. Por
ello al aumentar la intensidad lumínica se produce un incremento
de la fotosíntesis hasta alcanzar un nivel determinado en el que se
produce la saturación de los fotosistemas. Por ello las plantas son
más eficientes con pequeñas intensidades de luz ( atardecer o
amanecer)

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6.- CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
6.1 Ciclo del carbono
El carbono es elemento básico en la formación de moléculas
orgánicas están formadas por cadenas de carbonos enlazados
entre sí.
La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que
los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera.
Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del
0,03% y

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cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se
consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido
carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años.
La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración los
seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la
biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas
y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más
visibles.
Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este
gas en el agua es muy superior a la de otros gases, como el O2 o el N2,
porque reacciona con el agua formando ácido carbónico. En los
ecosistemas marinos algunos organismos convierten parte del CO2 que
toman en CaCO3 que necesitan para formar sus conchas, caparazones o
masas rocosas en el caso de los arrecifes. Cuando estos organismos
mueren sus caparazones se depositan en el fondo formando rocas

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Este C volverá lentamente al ciclo cuando se van disolviendo las
rocas.
Los combustibles fósiles acumulados en el suelo son resultado de
épocas en las que se ha devuelto menos CO2 a la atmósfera del que
se tomaba.

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6.2 Ciclo del nitrógeno
Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas,
ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales
del metabolismo. Su reserva fundamental es la atmósfera, en
donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede
ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos
(exceptuando algunas bacterias).
Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire
juegan un papel muy importante en el ciclo de este elemento al
hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el N2 en
otras formas químicas (nitratos y amonio) asimilables por las
plantas.
El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las plantas
por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N
para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales

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En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales
acaba formándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado.
Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos
de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.
Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman
este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos
de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta
clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado natural de
los suelos.
Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en
condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen
desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace
que se pierda de nuevo nitrógeno del ecosistema a la atmósfera.
A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que escasean
y que es factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas.

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36. CIC JULIO SÁNCHEZ
 Algunas intervenciones humanas en el ciclo del nitrógeno.
 – Procesos de combustión a altas temperaturas. Combustión de
 motores. Lluvia ácida.
 – Fijación industrial del nitrógeno atmosférico para convertirlo en
 amoniaco y fertilizantes.
 – Abonado excesivo de los cultivos, liberando N2O a la atmósfera, lo
 que incrementa el efecto invernadero y una disminución de la
 fertilidad del suelo porque se produce escasez de nutrientes
 esenciales.
 – El nitrato es uno de los contaminantes más frecuentes en las
 aguas subterráneas debido al abonado excesivo, a las fugas de
 fosas sépticas y a los lixiviados que proceden de estercoleros

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6.3 Ciclo del fósforo
El fósforo es un componente esencial de los organismos. Forma
parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP y de otras
moléculas que tienen PO43- y que almacenan la energía química; de
los fosfolípidos que forman las membranas celulares; y de los
huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en
las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los
animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.
Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por
meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas,
queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con
facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es
arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán
millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de
fósforo.
.

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Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por
organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces.
Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en
tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.
Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los
lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando
fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la
superficie

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40. 6.4 CICLO DEL AZUFRE CIC JULIO SÁNCHEZ
Mayoritariamente almacenado en la hidrosfera, en forma de sulfatos con
transferencia muy lenta entre hidrosfera y litosfera.
En la litosfera forma los yesos, abundantes en los suelos y fácilmente
lavados hacia los medios acuáticos.
En la biosfera forma parte de ciertos aminoácidos como cisteína,
metionina. Las bacterias, hongos y plantas toman sulfatos los transforman
en sulfitos, en sulfuros y de aquí los incorporan en sus reacciones de
biosíntesis para transferirlos a otros niveles
tróficos. Con la muerte los sulfuros se liberan a la atmósfera.
En la hidrosfera en anaerobiosis, por bacterias sulfatorreductoras, en zona
profundas los sulfatos se combinan con hierro (pirita) o con arcillas,
pudiendo volver a la superficie en erupciones volcánicas o por combustión
En superficie, con oxígeno, el sulfhídrico se combina con oxígeno para
formar sulfatos mediante reacciones de fotosíntesis o quimiosíntesis
dependiendo de si es en presencia
de luz o no.
.

41. De la hidrosfera a la atmósfera corre a cargo de las algas DMS
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(dimetilsulfurosas) que transforman el dimetilsulfuro en sulfatos
o SOx que al combinarse con el agua formará ácido sulfúrico y
lluvia ácida. Estos SOx son también liberados por combustión

42. CIC JULIO SÁNCHEZ
La actividad
industrial del
hombre esta
provocando exceso
de emisiones de
gases sulfurosos a
la atmósfera y
ocasionando
problemas como la
lluvia ácida.

43. 7.- BIOACUMULACION CIC JULIO SÁNCHEZ
Se trata de un proceso de acumulación de sustancia tóxicas, por ejemplo
metales pesados (mercurio o plomo) o de compuestos orgánicos
sintéticos, en organismos vivos, en concentraciones cada vez mayores y
superiores a las registradas en el medio ambiente.
Las sustancias ingeridas no pueden ser descompuestas ni excretadas.
Se mide mediante el factor de bioconcentración: la relación existente
entre las concentraciones del organismo y el agua o el aire circundante.