4.8. Materia i energia als ecosistemes II

Energia solar

La vida en la Terra depèn de l’energia del Sol, que és també responsable del vent i del conjunt de condicions meteorològiques. Cada dia, any rere any, l’energia del Sol arriba a la part superior de l’atmosfera terrestre. No obstant això, a causa de l’atmosfera, només una petita fracció d’aquesta energia arriba a la superfície terrestre i queda a la disposició dels organismes vius.

L’energia solar absorbida per la Terra es torna a irradiar des de la superfície com ones de longitud més llarga (infraroja), o sigui, com calor. Els gasos de l’atmosfera són transparents per a la llum visible, però el diòxid de carboni i l’aigua, en particular, no són transparents per als llamps infrarojos. Com resultat d’això, la calor queda retingut en l’atmosfera i escalfa la superfície terrestre. La pèrdua i el guany de calor es mantenen en un delicat equilibri. Un increment en la reflexió de la Terra, un espesament de la seva coberta de núvols, un augment o disminució del contingut de CO2 de la seva atmosfera o una disminució en la seva capa d’ozó produiria com resposta un canvi de tot el sistema. La naturalesa i el resultat d’aquests canvis, particularment els increments registrats en la concentració de CO2 atmosfèric i l’aprimament de la capa d’ozó, són temes actuals d’intens interès i preocupació.

La quantitat d’energia que reben les diferents parts de la superfície terrestre no és uniforme. Aquest és el factor fonamental que determina la distribució de la vida en la Terra. En les proximitats de l’Equador, els llamps del Sol són gairebé perpendiculars a la superfície terrestre i aquest sector rep més energia per unitat de superfície que les regions al nord i al sud, mentre que les regions polars reben el mínim. A més, atès que la Terra, que està inclinada sobre el seu eix, trencada una vegada cada 24 hores i completa una òrbita al voltant del Sol més o menys cada 365 dies, l’angle d’incidència de la radiació i, per tant, la quantitat d’energia que arriba a a diferents parts de la superfície, canvia hora a hora i estació rera estació.

 

 

Fluxe d’energia a l’ecosistema

De l’energia solar que arriba a la superfície de la Terra, una fracció molt petita és derivada als sistemes vius. Tot i que la llum caigui en una zona amb vegetació abundant com en una selva, un maizal o un pantà, només aproximadament entre el 1 i el 3% d’aquesta llum (calculat sobre una base anual) s’usa en la fotosíntesi §. Tanmateix, una fracció tan petita com aquesta pot donar com resultat la producció –a partir del diòxid de carboni, l’aigua i uns pocs minerals– de diversos milers de grams (en pes sec) de matèria orgànica per any en un sol metre quadrat de camp o de bosc, un total d’aproximadament 120 mil milions de tones mètriques de matèria orgànica per any en tot el món.

Eugene P. Odum, un dels investigadors nord-americans que més va aportar a la comprensió de la dinàmica de funcionament dels ecosistemes §, va utilitzar una sèrie de diagrames de flux per a representar-la.

El diagrama anterior mostra el flux unidireccional d’energia i el reciclat de materials. PG = producció bruta; PN = producció neta; P = producció heterotrófica; R = respiració.

 

En els ecosistemes agrícoles, el pes sec del total de plantes al final de l’estació de creixement representa la producció primària neta d’aquesta estació i subministra una bona base de comparança entre diferents ambients. Habitualment, d’aquest valor s’exclouen les arrels perquè és difícil extreure-les de la majoria dels sòls. Això pot conduir a gruixudes subestimacions en, per exemple, la vegetació natural dels ecosistemes de desert.

Els consumidors primaris (herbívors) mengen als productors primaris. Un carnívor que menja a un herbívor és un consumidor secundari, i així successivament. En terme mitjà, aproximadament el 10% de l’energia transferida en cada nivell trófico és emmagatzemada en teixit corporal; del 90% restant, part s’usa en el metabolisme de l’organisme i part no s’assimila. Aquesta energia no assimilada és utilitzada pels detritívoros § i, finalment, pels descomponedors.

L’eficiència ecològica és el producte de les eficiències amb les quals els organismes exploten els seus recursos alimentaris i els converteixen en biomassa: eficiències d’explotació, assimilació i producció neta. L’eficiència ecològica depèn principalment de l’eficiència d’assimilació –que és la proporció d’energia consumida que s’assimila–, i l’eficiència de producció neta –que és la proporció d’energia assimilada que es gasta en creixement, emmagatzematge i reproducció. En les plantes, l’eficiència de producció és la relació entre la productivitat neta i la productivitat bruta. Aquest índex varia entre un 30 i un 85%.

El valor energètic de les plantes per als seus consumidors depèn de la proporció de materials indigeribles que elles contenen. L’aliment d’origen animal es digereix més fàcilment que el d’origen vegetal.

La brevetat de les cadenes tróficas, és a dir, el fet que siguin tan curtes, va ser atribuïda des de fa temps a la ineficiència involucrada en la transferència d’energia d’un nivell trófico a un altre, una explicació que, com tantes altres en ecologia, està ara sofrint una revisió crítica. No obstant això, en general, només un 10% de l’energia emmagatzemada en una planta es converteix en biomassa animal en l’herbívor que menja aquesta planta. Es troba una relació semblant en cada nivell successiu.

El càlcul empíric del 10% és només una estimació grollera. Els mesuraments reals mostren àmplies variacions en les eficiències de transferència, des de menys del 1% a més del 20%, depenent de les espècies que es tractin. El flux d’energia amb grans pèrdues en cada passatge al nivell successiu pot ser representat en forma de piràmide.

 

Piràmides ecològiques

Una proporció relativament petita de l’energia del sistema és transferida en cada nivell tròfic. Gran part de l’energia s’inverteix en el metabolisme i s’amida com caloríes perdudes en la respiració. Les relacions energètiques entre els nivells tróficos determinen l’estructura d’un ecosistema en funció de la quantitat d’organismes i de la quantitat de biomassa present.

Piràmides numèriques. Piràmides numèriques per a:

a) un ecosistema de prada graminosa en la qual el nombre de productors primaris (gramínees) és gran i b) un bosc temperat en el qual un sol productor primari, un arbre, pot suportar a un nombre gran d’herbívors.


Piràmides de biomassa. Piràmides de biomassa per a:

(a) Plantes i animals d’un camp a Geòrgia, EEUU i (b) plàncton del Canal de la Manxa.

Aquestes piràmides reflecteixen la massa present en un moment donat; d’aquí, la relació aparentment paradoxal entre el fitoplancton i el zooplancton.

Atès que la taxa de creixement de la població  fitoplancton és molt més alta que la de la població de zooplancton, una petita biomassa de fitoplanctonpot subministrar aliment per a una biomassa major de zooplancton. Igual que les piràmides de nombres, les piràmides de biomassa indiquen només la quantitat de material orgànic present en un moment; no donen la quantitat total de material produït o, com fan les piràmides d’energia, la taxa a la qual es produïx.

La taxa de transferència d’energia d’un nivell a un altre proporciona un segon índex de la dinàmica energètica de l’ecosistema. Una baixa taxa de transferència sol significar que el temps de residència en el nivell d’origen és elevat, és a dir, que aquest nivell disposa de mecanismes d’emmagatzematge de l’energia. Tals mecanismes poden ser la producció de fusta, de humus i tota altra estructura resistent a l’acció de predadores i descomponedores.

Pot calcular-se: Temps de residència (anys) = Energia emmagatzemada en biomassa (KJ.m-2) Productivitat neta (KJ. m-2 any-1)

 

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s