TIERRA Y SU ENTORNO

El origen de la Tierra está íntimamente relacionado con el origen del Universo. Después del gran estallido (Big Bang) la fuerza desencadenada impulsó la materia, extraordinariamente densa, en todas direcciones, a una velocidad próxima a la de la luz. Con el tiempo, y a medida que se alejaban del centro y reducían su velocidad, masas de esta materia se quedaron más próximas para formar, más tarde, las galaxias. No sabemos qué ocurrió en el lugar que ahora ocupamos durante los primeros 10.000 millones de años. Hacia la mitad de este periodo, o quizás antes, debió formarse una galaxia. Según las teorías actuales se ha estimado la edad de la Tierra en 4600 millones de años. Al inicio el planeta estaba formado por una sola masa, supercontinente, llamada pangea. Después de unos cuantos millones de años esta masa se dividió en dos, Laurasia y Gondwana (fig. 1). Luego hubo nuevas divisiones para que aparecieran los actuales continente los cuales continúan con su movimiento.

La Tierra en un comienzo era una bola incandescente, la cual fue enfriándose, desplazándose los compuestos más livianos hacia la superficie y los más densos hacia el interior como el hierro y níquel. La parte rocosa de la superficie terrestre continuó enfriándose hasta que el vapor de agua existente en la atmósfera dio origen a las precipitaciones y con esto a la formación de los océanos y las condiciones atmosféricas han dado lugar a grandes cambios en nuestro planeta y la aparición de vida. Al principio no tenía atmósfera, y recibía muchos impactos de meteoritos. La corteza de la Tierra sigue variando continuamente fundiéndose en el magma caliente sobre la que flota, es decir, la corteza se renueva y es difícil encontrar rocas de más de tres mil millones de años de antigüedad pero cuando se consiguen proporcionan datos muy valiosos sobre la composición primitiva de la corteza terrestre y su atmósfera.

fig. 1

Descripción del Planeta Tierra

DATOS SOBRE EL PLANETA TIERRA Tamaño: radio ecuatorial 6.378 km Distancia: media al Sol 149.600.000 km Día: período de rotación sobre el eje 23,93 horas Año: órbita alrededor del Sol 365,256 días Temperatura: media superficial 15 ºC Gravedad: superficial en el ecuador 9,78 m/s2 Masa 5,98 x 1024 kg

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Interior de la tierra

El interior de la Tierra consiste de roca y metal y está dividido en cuatro capas (fig. 2), lo que es típico de los planetas rocosos. Las cuatro capas son: 1. La corteza: una capa delgada de material rocoso cuyo espesor es de aproximadamente entre

6 y 70 km. Aquí se distinguen a su vez dos divisiones corteza continental y oceánica. 2. El manto: esta capa representa aproximadamente 70% de la masa de la tierra de

características muy densas constituida básicamente por material rocoso y denso. 3. El núcleo exterior: un núcleo fundido fluido. 4. El núcleo interior: de metal sólido formado preferentemente por Níquel, Hierro y Azufre.

fig. 2

atmósfera corteza manto núcleo externo núcleo interno

La alta temperatura que alcanza el núcleo interior llega a ser mucho mayor que en la superficie del sol. A consecuencias de ese intenso calor, los materiales del núcleo exterior y del manto se desplazan (corrientes de convección) dando como resultado que las grandes placas que forman la corteza terrestre deriven lentamente en la superficie. Se presume que estas corrientes son las que originan el campo magnético terrestre, formando lo que conoce como magnetosfera. La Tierra tiene un campo magnético con polos norte y sur. Este campo magnético está rodeado por la magnetosfera, la cual impide que la mayoría de las partículas del sol, transportadas en el viento solar, lleguen a la Tierra. Algunas partículas logran penetrar la magnetosfera y son las responsables de las espectaculares auroras boreales. Composición de la Tierra La capa superficial está formada por un conjunto de rocas sedimentarias, con un grosor máximo de 20-25 km, que se forma en el fondo del mar en distintas etapas de la historia geológica. La edad más antigua de estas rocas es de hasta 3.800 millones de años. Por debajo existen rocas del tipo del granito, formadas por enfriamiento de magma. Se calcula que, bajo los sistemas montañosos, el grosor de esta capa es de más de 30 km. La tercera capa rocosa está formada por basaltos y tiene un grosor 15-20 km, con incrementos de hasta 40 km. A diferencia de la corteza continental, la oceánica es geológicamente joven en su totalidad, con una edad máxima de 180 millones de años. Aquí también encontramos tres capas de rocas: la sedimentaría, de anchura variable, formada por las acumulaciones constantes de fragmentos de roca y organismos en los océanos; la del basalto de 1,5 a 2 km de grosor, mezclada con sedimentos y con rocas de la capa inferior y una tercera capa constituida por rocas del tipo del gabro, semejante al basalto en composición, pero de origen profundo, que tiene unos 5 kilómetros de grosor. Parece que la corteza oceánica se debe al enfriamiento de magma proveniente del manto superior.

2

Tectónica de Placas

A través del tiempo, son muchas las fuerzas que hacen que la superficie de la Tierra cambie. Sin embargo, la fuerza más grande que hace que la superficie de nuestro planeta cambie, es el movimiento de la capa externa, a través del proceso de la tectónica de placas. Estas placas se forman en las dorsales oceánicas y se hunden en las zonas de subducción. En estos dos bordes, y en las zonas de roce entre placas (fallas), se producen grandes tensiones y salida de magma que originan terremotos y volcanes. Este proceso hace que las montañas se eleven más aún y que los océanos se expandan. fig. 3 Tal y como se muestra en la figura 3, la rígida capa externa de la Tierra llamada la litosfera o corteza está formada por capas que encajan entre sí al igual que un rompecabezas. Estas placas están hechas de rocas pero la roca es, por lo general, muy liviana en comparación con el denso fluido que se haya por debajo. Esto permite que las placas “floten” sobre el material más denso, que es el manto. Los movimientos que se suceden muy dentro de la Tierra y llevan calor desde el interior hasta una superficie más fría hacen que las placas se muevan muy lentamente a lo largo de la superficie. Existen diferentes hipótesis para explicar exactamente cómo es que estos movimientos permiten que las placas se muevan. Litósfera: capa sólida de estructura rígida de grosor aproximado de 100 km dividida en 8 grandes placas (ver figura 4) las que se encuentran sobre el manto que es un fluido más denso por lo tanto flotan moviéndose lo que explica la variación de formas de los continentes y cadenas montañosas; generándose a su vez una gran cantidad de efectos de tipo geológico como existencia de volcanes, terremotos, etc.

3

Astenósfera: es una zona menos sólida debajo de la litósfera, de alta temperatura donde se propagan las ondas sísmicas con menor velocidad dada la viscosidad que presenta.

fig. 4

Dinamismo del planeta

Sismos y terremotos Los sismos son perturbaciones súbitas en el interior de la tierra que dan origen a vibraciones o movimientos del suelo (figura 5); la causa principal y responsable de la mayoría de los sismos (grandes y pequeños) es la ruptura y fracturamiento de las rocas en las capas más exteriores de la tierra. Como resultado de un proceso gradual de acumulación de energía debido a los choques de las placas que deforman la superficie de la tierra, dando lugar a las grandes cadenas montañosas.

fig. 5

En el interior de la tierra ocurre un fracturamiento súbito cuando la energía acumulada excede la resistencia de las rocas. Al ocurrir la ruptura, se propagan (en el interior de la tierra) una serie de ondas sísmicas que al llegar a la superficie sentimos como un temblor. Generalmente, los sismos ocurren en zonas de contacto de las placas de corteza terrestre que llamamos fallas geológicas. Existen también sismos menos frecuentes causados por la actividad volcánica en el interior de la tierra, y temblores artificiales ocasionados por la detonación de explosivos. El sitio donde se inicia la ruptura se llama foco o hipocentro y su proyección en la superficie de la tierra, epicentro. El fenómeno sísmico es similar al hecho de arrojar un objeto a un estanque de agua. En ese caso, la energía liberada por el choque de dicho objeto con la superficie del agua se manifiesta como un frente de ondas, en este caso circular, que se aleja en forma concéntrica del punto donde cayó el objeto.

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En forma similar, las ondas sísmicas se alejan del foco propagándose por el interior de la tierra, produciendo vibraciones en la superficie. En el caso de la tierra existen fundamentalmente dos tipos de ondas sísmicas internas, es decir, vibraciones que se propagan en el interior de la tierra: ondas compresionales o longitudinales y ondas de corte o transversales. Las ondas compresionales, llamadas P (primarias) en la terminología sismológica, comprimen y dilatan el medio donde se propagan en una dirección de propagación del frente de ondas (ver figura 6a). Las ondas de sonido, por ejemplo, son ondas compresionales que se propagan en el aire. El segundo tipo de ondas que se propagan en sólidos son las ondas de corte, llamadas ondas S (secundarias). En este caso la deformación que sufre el sólido es en dirección perpendicular a la trayectoria del frente de ondas. La propagación de estas ondas produce un esfuerzo cortante en el medio y de ahí el nombre de ondas de corte. Estas ondas no pueden propagarse en un medio líquido (figura 6b) La velocidad de las ondas P (primarias) es mayor que la velocidad de las ondas S (secundarias) y por esto llegan antes al epicentro.

ONDAS P ONDAS S

Doble Amplitud Longitud de Onda

Dilataciones

Medio PerturbadoCompresiones

fig. 6a

Existen también las ondas superficiales. Cuando un sólido posee una superficie libre, como la superficie de la tierra, pueden generarse ondas que viajan a lo largo de la superficie. Estas ondas tienen su máxima amplitud en la superficie libre, la cual decrece exponencialmente con la profundidad, y son conocidas como ondas de Rayleigh en honor al científico que predijo su existencia (ver figura 7). Una analogía de estas ondas lo constituyen las ondas que se producen en la superficie del agua.

fig. 6b

ONDAS L

ONDAS R

Otro tipo de ondas superficiales son ondas Love (figura 8) llamadas así en honor del científico que las estudió. Estas se generan sólo cuando el medio elástico se encuentra estratificado, lo que se cumple en nuestro planeta pues se encuentra formado por capas de diferentes características físicas y químicas.

fig. 8 fig. 7

Las ondas de Love se propagan con un movimiento de las partículas, perpendicular a la dirección de propagación, como las ondas S, sólo que polarizadas en el plano de la superficie de la Tierra, sólo poseen la componente horizontal a la superficie.

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Las ondas de Love pueden considerarse como ondas S "atrapadas" en el medio superior. Como para las ondas de Love, la amplitud de las mismas decrece rápidamente con la profundidad. Lasondas de Love son observadas sistemáticamente sobre la superficie de la tierra pues nuestro planeta posee un estrato superficial de baja velocidad, la corteza, sobre un medio mas profundo, el manto.

Escalas sísmicas Las intensidades de los sismos se miden en dos escalas: la de Richter y la de Mercalli. Escala Richter: Se expresa en número arábigos. Representa la energía sísmica liberada en cada terremoto y se basa en el registro sismográfico. Asocia la magnitud del terremoto con la amplitud de la onda sísmica y es una escala que crece en forma potencial o semilogaritmica. Una magnitud 4 no es el doble de 2, si no que es 100 veces mayor. Magnitud Efecto

Menos de 3,5 Generalmente no se siente pero es registrado.

3,5 – 5,4 A menudo se siente, pero solo causa daños menores

5,5 – 6,0 Ocasiona daños ligeros a edificios.

6,1 – 6,9 Puede ocasionar daños severos en áreas muy pobladas.

7,0 – 7,9 Terremoto mayor, causa graves daños.

8 o mayor Gran terremoto; destrucción total de comunidades cercanas. Nota:

Esta escala es “abierta”, de modo que no hay un límite máximo teórico, salvo el dado por la energía total acumulada en cada placa, lo que sería una limitación de la Tierra y no de la Escala. Escala de Mercalli: Se expresa en números romanos. Esta escala es proporcional, de modo que una intensidad de IV es el doble de una de II. No se basa en los registros sismográficos sino en el efecto o daño producido en las estructuras y en la sensación percibida por la gente. Para establecer la intensidad se recurre a la revisión de registros históricos, entrevistas a la gente, noticias de los diarios públicos y personales, etc.

Magnitud Efectos

I Sacudida imperceptible.

II Sacudida perceptible en pisos altos de edificios.

III Vibración parecida a la producida por el paso de un vehículo pesado. IV Vibración de vajillas, vidrios de ventanas y puertas.

V Sacudida que todos sienten; caen objetos inestables.

VI Genera gran temor; se mueven los muebles pesados, daños ligeros.

VII Se aprecia desde vehículos en movimiento; la gente huye al exterior.

VIII Derrumbes parciales en edificios ordinarios; los muebles se vuelcan.

IX Grandes daños en edificios sólidos; el terreno se agrieta notablemente.

X Derrumbe de paredes y cimientos; se tuercen las vías del ferrocarril. XI Casi ninguna estructura queda en pie.

XII Destrucción total

Valdivia fue afectada por el famoso terremoto de 1960, es la ciudad donde se registró aquella tristemente célebre intensidad record de XI a XII en Escala de Mercalli y 9,5 en Escala Richter. Simplemente el mayor movimiento telúrico jamás registrado.

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El epicentro se localizó a 39.5º de Latitud Sur y a 74.5º de Longitud Oeste. El hipocentro se ubicó a 60 km de profundidad. 2.000 personas murieron (4.000 a 5.000 en toda la región), 3.000 resultaron heridas y más de 2 millones quedaron damnificadas a causa de este desastre. Los ríos cambiaron su curso. Nuevos lagos nacieron. Las montañas se movieron. La geografía, como nunca se había visto, se modificó marcadamente. En los minutos posteriores un Tsunami arrasó lo poco que quedaba en pie. El mar se recogió por algunos minutos y luego una gran ola se levantó destruyendo a su paso casas, puentes, botes y, por supuesto, muchas vidas humanas y animales. Algunas naves fueron a quedar a kilómetros del mar, río arriba.

Volcanes

Un volcán es un fenómeno geológico en el que predomina el material en estado incandescente a elevadas temperaturas. Para que surja un volcán es necesaria la presencia de una grieta o abertura por donde el magma (rocas fundidas cargadas con gases) procedente del interior de la Tierra sea lanzado a la superficie bajo la forma de corriente de lava, o bien, como nubes de gases o cenizas volcánicas, cuando esto ocurre se generan sismos.

El magma puede llegar a la superficie a través de largas fisuras; al salir al exterior recibe el nombre de lava. Las erupciones inyectan grandes cantidades de polvo y dióxido de azufre en forma de gas hacia la atmósfera donde se transforman en aerosoles manteniéndose por varios años y expandiéndose por todo el mundo, esta nube de polvo y ceniza impide el paso de la radiación solar, provocando una disminución global de la temperatura, la lava volcánica y sus desechos inundan parte de los suelos creando nuevos suelos ricos en alimentos para las plantas que son arrastradas por las lluvias.

fig. 9

7

La Atmósfera Es la capa gaseosa que envuelve algunos planetas y otros cuerpos celestes. En nuestro planeta, la atmósfera terrestre está conformada por una mezcla de gases (aire) formada por nitrógeno (78%), oxígeno (21%), gases inertes, hidrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua.

fig. 10

Troposfera: Es la capa inferior, en ella se producen los fenómenos meteorológicos, en ella se contiene un 70% del peso total de la atmósfera. Estratosfera: Su característica principal es la ausencia de vapor de agua y una temperatura bastante homogénea (entre -55 ºC y -40 ºC); aquí se encuentra la capa de ozono, de vital importancia en la absorción de las radiaciones ultravioleta, ya que, si llegaran directamente a la superficie terrestre, destruirían todo vestigio de vida en ella. Mesosfera: Esta capa se extiende desde, aproximadamente, 50 km hasta los 80 km, y está caracterizada por un decremento de las temperaturas, alcanzado los –75 ºC a una altitud de 80 km. Termosfera: Se producen disociaciones moleculares que provocan temperaturas muy elevadas, de 1.000 a 1.500 ºC. A estas altitudes extremas las moléculas de gas se encuentran ampliamente separadas. Exosfera: Como su nombre indica, es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre. Su límite superior se localiza a altitudes que alcanzan los 960 e incluso 1000 km, y está relativamente indefinida. Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario.

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La Ionósfera Es el nombre con que se designa una o varias capas de aire ionizado en la atmósfera que se extienden desde una altura de casi 80 km sobre la superficie terrestre hasta 640 km o más. A estas distancias, el aire está enrarecido en extremo, presenta una densidad cercana a la del gas de un tubo de vacío. Cuando las partículas de la atmósfera experimentan una ionización por radiación ultravioleta, tienden a permanecer ionizadas debido a las mínimas colisiones que se producen entre los iones. La ionosfera ejerce una gran influencia sobre la propagación de las señales de radio. Una parte de la energía radiada por un transmisor hacia la ionosfera es absorbida por el aire ionizado y otra es refractada, o desviada, de nuevo hacia la superficie de la Tierra. Este último efecto permite la recepción de señales de radio a distancias mucho mayores de lo que sería posible con ondas que viajan por la superficie terrestre La ionosfera contiene algunas capas, las cuales tienen una gran importancia para las transmisiones de ondas de radio, porque reflejan las ondas cortas y por lo tanto pueden permitir las conexiones de un continente a otro. La ionosfera también es sede de espectaculares fenómenos conocidos como Auroras polares, que se deben a la excitación producida en las partículas de esta capa atmosférica por el Viento solar.

EL UNIVERSO Formación de los planetas

Los planetas se formaron hace unos 4.500 millones de años, al mismo tiempo que el Sol. Despuésdel gran estallido (Big Bang), unos cuantos años después, los materiales ligeros que no se quedaron en el Sol se alejaron más que los pesados. En la nube de gas y polvo original, que giraba en espirales, había zonas más densas, proyectos de planetas. La gravedad y las colisiones llevaron más materia a estas zonas y el movimiento rotatorio las redondeó. Después, los materiales y las fuerzas de cada planeta se fueron reajustando, y todavía lo hacen. Los planetas y todo el Sistema Solar continúan cambiando de aspecto. Sin prisa, pero sin pausa.

Planetas

Radio ecuatorial

Distancia al Sol (km.)

Periodo de Rotación

Inclinacióndel eje

Lunas Órbita

2.440 km 57.910.000 0 58,6 días 87,97 días 0º Mercurio

6.052 km 108.200.000 0 -243 días 224,7 días 177,36º Venus

6.378 km 149.600.000 1 23,93 horas 365,256 días 23,45º La Tierra

3.397 km 227.940.000 2 24,62 horas 686,98 días 25,19º Marte

71.492 km 778.330.000 16 9,84 horas 11,86 años 3,13º Júpiter

60.268 km 1.429.400.000 18 10,23 horas Saturno

29,46 años 25,33º

Urano 25.559 km 2.870.990.000 15 17,9 horas 84,01 años 97,86º

24.746 km 4.504.300.000 8 16,11 horas Neptuno 164,8 años 28,31º

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El nuevo Sistema Solar El 26 de Agosto del 2006 fue aprobada por la XXVI Asamblea General de la UAI (Unidad Astronómica Internacional) en Praga, incluye ocho "planetas": Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, y Neptuno; tres "planetas enanos": Ceres, Plutón, y 2003 UB313; y miles de "objetos menores". En la figura 11 los tamaños de los planetas están a escala para ser comparados entre sí, pero las distancias no lo están.

fig. 11

Leyes de Kepler Las leyes de Kepler fueron enunciadas por Johannes Kepler para explicar el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol. Aunque él no las enunció en el mismo orden, en la actualidad las leyes se numeran como sigue: Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos (fig. 12).

Planeta

Sol Foco

fig. 12

10

Segunda Ley (1609): El vector posición que une el planeta y el Sol, barre áreas iguales en tiempos iguales (figura 13). La ley de las áreas es equivalente a la conservación del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio) su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio).

A3

A2

A1 t t

t

Sol

fig. 13 A1 = A2 = A3

Tercera Ley (1618): Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital (tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor del Sol) es directamente proporcional al cubo del radio medio con el Sol.

T2 = K · R3 K es una constante de proporcionalidad y el radio medio (R) para una orbita elíptica equivale al semieje mayor (fig. 14).

Planeta

Sol R

fig. 14

La ley de Newton sobre la gravitación universal La ley formulada por Newton y que recibe el nombre de ley de la gravitación universal, afirma que la fuerza de atracción que experimentan dos cuerpos dotados de masa es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (ley de la inversa del cuadrado de la distancia). La ley incluye una constante de proporcionalidad (G) que recibe el nombre de constante de la gravitación universal y cuyo valor, determinado mediante experimentos muy precisos, es de: 6,670x10-11 Nm²/kg².

F = G 1 22

M · M

d

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Movimientos de la Tierra a) Movimiento de rotación

La Tierra da vueltas sobre sí misma alrededor de un eje de rotación imaginario que pasa por los polos. La rotación terrestre es de oeste a este y tarda 24 horas -el llamado día sideral- en dar una vuelta completa. Este movimiento de rotación es el responsable de la repetición regular del día y la noche, según suceda que el punto en cuestión esté en la cara enfrentada al sol o en la resguardada. b) Movimiento de traslación

El otro movimiento principal de la Tierra es el de traslación alrededor del sol. En este movimiento sigue un recorrido (órbita) en forma de elipse casi circular. Prácticamente en el centro de la elipse se encuentra el sol y al plano que la contiene se le llama plano de la eclíptica. Dar una vuelta completa alrededor del sol le cuesta a la Tierra 365,2422 días. Las estaciones están provocadas porque el eje de rotación de la Tierra no es perpendicular respecto al plano de la eclíptica, sino que tiene una inclinación de 23º 27’.

fig. 15

c) Movimiento de precesión

El movimiento de precesión, también denominado precesión de los equinoccios, es debido a que la Tierra no es esférica sino un elipsoide achatado por los polos, llamados geoide. Si la Tierra fuera totalmente esférica sólo realizaría los movimientos anteriormente descritos. Se puede considerar este movimiento como un lento balanceo durante el movimiento de traslación pero en sentido contrario a las agujas del reloj. Este balanceo produce que el eje terrestre dibuje un cono de 47º de abertura con vértice en el centro de la Tierra. Una vuelta completa de precesión dura 25.767 años, ciclo que se denomina año platónico y cuya duración había sido estimada por los antiguosMayas.

47º

fig. 16

12

Las mareas Las mareas son un fenómeno provocado por la Luna con gran influencia en los seres vivos. Se deben a la atracción gravitatoria que la masa del satélite ejerce sobre la masa de agua de los océanos. Las mareas oceánicas son fenómenos muy complejos. Son distintas en diferentes lugares del mundo, no sólo porque tienen mayores o menores diferencias de altitud entre las bajas y las altas, sino también porque cambia la periodicidad. En la mayor parte de las costas del océano Atlántico en un día hay dos mareas altas y dos bajas; pero en otros lugares la periodicidad es distinta. Los periodos y la altura que alcanzan dependen de varios componentes mezclados. La principal fuerza que levanta las mareas es la Luna, con un periodo (tiempo entre dos altas) de 12 horas 24 minutos, que es la mitad de lo que tarda la Tierra en rotar respecto a la línea que une la Tierra a la Luna. fig. 17 Otro componente de las mareas es la atracción ejercida por el Sol. Su periodo es de 23 horas y su intensidad entre el 20 y el 30% de la lunar. Se han identificado otros muchos componentes, aunque el lunar y el solar son los principales. De la conjunción de todos ellos se origina la marea real en cada lugar y tiempo.

La Luna Aunque se han averiguado muchas cosas sobre la Luna antes de la edad espacial, esta nueva era ha revelado muchos secretos difícilmente imaginables antes de esta época. El conocimiento actual de la Luna es mayor que el del resto de los objetos del Sistema Solar exceptuando la Tierra. El cielo lunar es siempre negro debido a que la difracción de la luz requiere la presencia de una atmósfera. ¿Cómo se formó la Luna? La Tierra tiene un satélite natural propio, La Luna. Diversas teorías explican cómo ocurrió. Es conocida la idea de que hace 4.5 millones de años algunos objetos grandes golpearon la Tierra y arrojaron materiales que se juntaron en su órbita alrededor de ésta. Las piezas chocaron entre sí repetidamente, se amalgamaron y se fundieron para finalmente enfriarse y convertirse en la Luna. Con el transcurso del tiempo ésta se ha ido separando de la Tierra como consecuencia de las mismas fuerzas de atracción que provocan las mareas en los mares de nuestro planeta. El período de rotación de la Luna es precisamente igual a su período de revolución sobre la Tierra (27,3 días). La Luna guarda el mismo lado que enfrenta la Tierra en todo momento. Esta condición en que el giro de un cuerpo es precisamente igual a (o sincronizado) su revolución alrededor de otro cuerpo, es conocido como órbita síncrona. El hecho que la Luna está en una órbita síncrona alrededor de la Tierra es una consecuencia inevitable de la interacción gravitatoria entre estos dos cuerpos.

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Las fases de la Luna El cambio de la posición de la Luna con respecto del Sol da lugar a las fases de la Luna (nueva, cuarto creciente, Luna llena y cuarto menguante). Se suceden conforme nuestro satélite va recorriendo su órbita (ver figura 18).

fig. 19

fig. 18

Los eclipses de Luna Un eclipse de Luna se produce cuando la Luna pasa por el cono de sombra de la Tierra, estando los dos astros alineados con el Sol (fig. 19).

En principio debería de haber un eclipse en cada plenilunio (todos los meses), pero no es así debido a que la órbita lunar está inclinada respecto al plano de la eclíptica, por lo que normalmente, en cada luna llena nuestro satélite se encuentra un poco por encima o por debajo del plano de la órbita terrestre, por lo que sólo se producen de uno a dos eclipses cada año. Los eclipses de Sol Un eclipse de Sol ocurre cuando la Tierra pasa a través de la sombra de la Luna. Un eclipse total de Sol ocurre cuando la Luna está directamente entre el Sol y la Tierra (fig. 20). Cuando ocurre un Eclipse total de Sol, la sombra de la Luna cubre solamente una pequeña parte de la Tierra, donde el eclipse es visible. Mientras la Luna se mueve en su órbita, la posición de la sombra cambia, de modo que los eclipses totales de Sol usualmente duran un minuto o dos en un lugar determinado.

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fig. 21

fig. 20 Las estrellas Son masas de gases, principalmente hidrógeno y helio, que emiten luz. Se encuentran a temperaturas muy elevadas. En su interior hay reacciones nucleares. Vemos las estrellas, excepto el Sol, como puntos luminosos muy pequeños, y sólo de noche, porque están a enormes distancias de nosotros. Constelación Es una agrupación de estrellas cuya posición en el cielo nocturno es aparentemente tan cercana que las civilizaciones antiguas decidieron conectarlas mediante líneas imaginarias, trazando así figuras sobre la bóveda celeste. Se acostumbra a separar las constelaciones en dos grupos, dependiendo el hemisferio celeste donde se encuentren: las constelaciones septentrionales son aquellas ubicadas al norte del ecuador celeste; a las que se localizan al sur se les llama constelaciones australes. A partir de 1928, la Unión Astronómica Internacional (UAI) decidió reagrupar oficialmente la esfera celeste en 88 constelaciones con límites precisos, tal que todo punto en el cielo quedara dentro de los confines de una figura. Antes de dicho año, eran reconocidas otras constelaciones menores que luego cayeron en el olvido; hoy por hoy ya no se recuerdan. La lista final se codificó en 1930.

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Nebulosa Es una nube de gas o polvo en el espacio. Las nebulosas pueden ser oscuras o, si se iluminan por estrellas cercanas o estrellas inmersas en ellas, pueden ser brillantes. Generalmente son lugares donde se produce la formación de estrellas y discos planetarios, por lo que se suelen encontrar ensu seno estrellas muy jóvenes. Existe gran variedad de nebulosas acompañando a las estrellas en todas las etapas de su evolución. La gran mayoría corresponden a nubes gaseosas de hidrógeno y helio que experimentan un proceso de contracción gravitatoria hacia un estado de protoestrella.

Evolución de las Estrellas 1º Se forma la estrella a partir de una nube de gas y polvo. 2º Gigante. Reacciones nucleares. Masas de gas y polvo se condensan a su alrededor

(protoplanetas). 3º Secuencia principal. La estrella con planetas, estable mientras consume su materia. 4º La estrella empieza a dilatarse y enfriarse. 5º Crece, engullendo los planetas, hasta convertirse en una gigante roja. 6º Se vuelve inestable y comienza a dilatarse y encogerse alternativamente hasta que

explota.

Si la estrella era mucho mayor que el Sol ... Si la estrella era como el Sol ...

7º Supernova. Lanza la mayor parte del material.

8º Púlsar. El resto, se hace pequeño y denso. 9º Si tenía mucha masa, se contrae todavía

más hasta convertirse en un agujero negro.

7º Nova. Lanza materiales hacia el exterior.

8º Nebulosa planetaria. El resto, se contrae.

9º Enana. Se hace muy pequeña y densa y brilla con luz blanca o azul, hasta que se apaga.

Un agujero negro es un hipotético cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la radiación electromagnética puede escapar de su proximidad. El cuerpo está rodeado por una frontera esférica, llamada horizonte de sucesos, a través de la cual la luz puede entrar, pero no puede salir, por lo que parece ser completamente negro. Un campo de estas características puede corresponder a un cuerpo de alta densidad con una masa relativamente pequeña, como la del Sol o inferior, que está condensada en un volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muy grande, como una colección de millones de estrellas en el centro de una galaxia. El Sol El Sol es el elemento más importante en nuestro sistema solar (contiene aproximadamente el 98% de la masa total del sistema solar) y es, en esencia, una bola de plasma (gas ionizado) y no tiene, por tanto, superficie en el sentido que nosotros le damos al término, y lo que nosotros vemos no es más que la capa que emite luz, llamada fotosfera, la que tiene una temperatura de 6,000 K. Esta capa tiene una apariencia manchada debido a las turbulentas erupciones de energía en la superficie. Hacia el interior se encuentran la zona de transporte convectivo, la zona de transporte radiactivo y por último la zona de producción de energía nuclear, que es el verdadero Sol, cerca del núcleo. Desde esta pequeña región se transmite la energía hacia el exterior, primero radiactivamente y por último convectivamente. Aunque pueda parecer increíble, la energía tarda un millón de años en viajar desde el centro hasta la superficie, y en el último cuarto, donde el transporte es fundamentalmente convectivo, sólo emplea un par de días.

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La cromosfera está sobre la fotosfera. La energía solar pasa a través de ésta región en su trayectoria de salida del Sol. Las Fáculas y destellos levantan a la cromosfera. Las Fáculas son nubes de hidrógeno brillantes y luminosas las cuales se forman sobre las regiones donde se forman las manchas solares. Las manchas solares son una característica del Sol observada desde épocas antiguas. Cuando se les mira por un telescopio, tienen una parte central obscura conocida como umbra, rodeada de una región más clara llamada penumbra. Las manchas solares son obscuras ya que son más frías que la fotosfera que las rodea. Las manchas son el lugar de fuertes campos magnéticos. La razón por la cual las manchas solares son frías no se entiende todavía, pero una posibilidad es que el campo magnético en las manchas no permite la convección debajo de ellas. fig. 22 El Sol también absorbe materia. Es tan grande y tiene tal fuerza que a menudo atrae a los asteroides y cometas que pasan cerca. Naturalmente, cuando caen al Sol, se desintegran y pasan a formar parte de la estrella. Cada segundo se convierten 700 millones de toneladas de hidrógeno en cenizas de helio. En el proceso se liberan 5 millones de toneladas de energía pura; por lo cual, el Sol cada vez se vuelve más ligero.

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La Vía Láctea La Vía Láctea es nuestra galaxia. Los romanos la llamaron "Camino de Leche".Es grande, espiral y puede tener unos 100.000 millones de estrellas, entre ellas, el Sol. El Sistema Solar está en uno de los brazos de la espiral, a unos 30.000 años luz del centro y unos 20.000 del extremo. En total tiene unos 100.000 años luz de diámetro y tiene una masa de más de dos billones de veces que la del Sol.

fig. 23

Cada 225 millones de años el Sistema Solar completa un giro alrededor del centro de la galaxia. Se mueve a unos 270 km/s. No podemos ver el brillante centro porque se interponen materiales opacos, polvo cósmico y gases fríos, que no dejan pasar la luz.

La astronomía La geografía de nuestro país, en particular la sequedad de nuestro desierto, constituyen un lugar ideal para la observación astronómica. Es por eso que se han instalado en nuestro territorio varios observatorios dirigidos por entidades de renombre internacional. El más moderno es el perteneciente al proyecto Gemini Sur el cual cuenta con financiamiento del Estado Chileno y está ubicado en el cerro Tololo y cuenta con un telescopio de 8 metros (fig. 24).

Observatorio Gemini

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EJERCICIOS 1. De las afirmaciones siguientes sobre la estructura del planeta Tierra:

I) La corteza se divide en corteza oceánica y corteza continental. II) El manto representa aproximadamente el 70% de la masa del planeta. III) El núcleo exterior es sólido.

Es (son) correcta(s)

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III

2. Los terremotos en Chile se deben, preponderantemente al choque de las placas

A) Sudamericana con la Antártica. B) De Nazca con la Australiana. C) De Cocos con la de Nazca. D) Sudamericana con la de Nazca. E) De Nazca con la Antártica.

3. Respecto a las ondas sísmicas es correcto afirmar que:

I) Las ondas S son más veloces que las ondas P. II) Las ondas Love y Rayleigh son superficiales. III) Las ondas P se pueden propagar en el vacío.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Ninguna

4. Respecto a las escalas para medir los terremotos es incorrecto que:

I) La escala de Richter mide la energía liberada por el sismo. II) La escala de Mercalli tiene una base matemática. III) La escala de Mercalli toma en cuenta el daño producido.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) I, II y III

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5. Los planetas del sistema solar tienen órbitas elípticas según lo demostrado por Kepler. Al respecto es falso que

I) Los planetas se mueven más rápido cuando están más lejos del Sol. II) Para todos los planetas, un foco de la órbita está ocupado por el Sol. III) El afelio es el punto más cercano de la orbita de un planeta con el Sol.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo I y III

6. Respecto a la gravedad en la superficie lunar

A) es ligeramente mayor que la gravedad terrestre. B) es mucho mayor que la terrestre. C) es aproximadamente la sexta parte de la terrestre. D) no existe. E) existe sólo en el lado oscuro.

7. Las constelaciones son

A) polvo o gas en el espacio. B) grupos de planetas. C) grupos de estrellas de igual brillo. D) grupos de estrellas que semejan figuras. E) grupos de rocas orbitando alrededor de una estrella.

8. La capa del Sol que observamos es

A) la zona radiactiva. B) la zona convectiva. C) la fotosfera. D) la cromosfera. E) el núcleo.

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PROBLEMAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE

1. En un comienzo los continentes que conocemos actualmente estaban juntos formando un único y gran continente conocido como

A) Gondwana. B) Eurasia. C) Pangea. D) Laurasia. E) ninguna de las anteriores

2. De los siguientes elementos el que no pertenece a un volcán es

A) cámara magnética. B) cráter. C) chimenea. D) cono. E) magma.

3. De las siguientes proposiciones es (son) falsa(s):

I) La escala Richter se mide en números romanos. II) La escala de Mercalli mide la destrucción provocada por un sismo. III) En la escala de Mercalli se utiliza el sismógrafo para determinar la magnitud de

un sismo.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo I y III E) I, II y III

4. La tierra no tiene la forma de una esfera perfecta como afirmaba Pitágoras, si no que es

achatada en los polos, esto trae como consecuencia que

A) la fuerza de atracción gravitatoria sea más intensa en el Ecuador. B) la fuerza de atracción gravitatoria sea más intensa en los polos. C) la fuerza de atracción gravitatoria no depende de la distancia, es constante en todos los

puntos. D) la forma de la Tierra no trae ninguna consecuencia. E) la masa de una persona aumenta si viaja a la Antártica.

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5. Los sismos se pueden medir con las escalas

A) Celsius o Richter. B) Richter o Mercalli. C) Fahrenheit o Celsius. D) Kelvin o Mercalli. E) Kelvin o Richter.

6. El orden ascendente de las capas de la atmósfera es

A) termosfera-mesosfera-estratosfera-troposfera-exosfera. B) troposfera-estratosfera-mesosfera-termosfera-exosfera. C) exosfera-termosfera-mesosfera-estratosfera-troposfera. D) mesosfera-estratosfera-troposfera-exosfera-termosfera. E) estratosfera-troposfera-mesosfera-termosfera-exosfera.

7. La primera Ley de Kepler dice relación con

A) las distancias de los planetas al Sol. B) las velocidades de rotación. C) las formas geométricas de las órbitas. D) los tiempos que demoran en hacer su traslación alrededor del sol. E) las magnitudes de los radios ecuatoriales.

8. La Luna tiene una órbita síncrona respecto de la Tierra. Esto significa que

A) su orbita es circular igual que la de la Tierra. B) dura 27,3 días. C) que tiene un lado oscuro. D) que el tiempo de traslación y el de rotación son iguales. E) que se muestra en cuatro fases de iluminación por el sol.

9. Una de las teorías más aceptadas respecto al achatamiento de lo polos de la tierra es

A) porque en los polos existe mayor gravedad. B) porque las bajas temperaturas hacen que la materia sea más densa y ocupe menos

espacio. C) por la rotación del planeta en torno a su eje fijo. D) por la misma razón que existen polos magnético. E) No se sabe con certeza.

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10. Un eclipse lunar se produce cuando

A) la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra. B) la sombra de la Luna se proyecta sobre la Tierra. C) la sombra de la Tierra se proyecta sobre la Luna. D) un planeta se interpone entre la Luna y la Tierra. E) el Sol se apaga por algunos instantes.

11. La ley general de gravitación establecida por Newton establece que la fuerza de atracción

entre dos cuerpos celestes es

A) inversamente proporcional a las masas. B) directamente proporcional a la distancia. C) dependiente de las órbitas. D) inversamente proporcional a la distancia. E) inversamente proporcional al cuadrado de las distancias.

12. Los cambios de estaciones son producidos principalmente por

A) la existencia de zonas climáticas. B) la posición de la órbita en la traslación. C) la rotación en torno a su eje. D) el grado de inclinación del eje terrestre. E) ninguna de las anteriores

13. En cuanto a las mareas oceánicas se afirma que:

I) Son producidas debido a diferencias en la fuerza gravitacional, de la Luna o el Sol, en las caras opuestas de la Tierra.

II) Las mareas debido a la atracción de la Luna son mayores que las que se producen por la atracción del Sol.

III) Las mayores mareas oceánicas se producen cuando la Tierra, el Sol, y la Luna están alineados.

Es (son) verdadera(s)

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Todas

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14. El observatorio más moderno en territorio Chileno es

A) Paranal. B) Interamericano. C) Gémini. D) La Silla. E) Las Campanas.

15. La vía láctea es una galaxia

A) espiral. B) esférica. C) elíptica. D) barrada. E) amorfa.

16. Al acabarse el combustible del Sol pasaría a ser

A) una enana amarilla. B) una estrella de neutrones. C) un agujero negro. D) una enana blanca. E) un pulsar.

CLAVES DE LOS EJEMPLOS 1D 2D 3B 4B 5E 6C 7D 8C

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LOS SUELOS

MINERALOGÍA

VOLCANES Los volcanes son en esencia aparatos geológicos que establecen una comunicación temporal o permanente entre la parte profunda de la litosfera y la superficie terrestre. Son el único medio para la observación y estudio de los materiales líticos de origen magmático, constituyentes de aproximadamente el 80% de la corteza sólida.

En la profundidad del Manto terrestre, el magma (a una gran presión) asciende, creando cámaras magmáticas dentro o por debajo de la corteza. Las grietas en las rocas de la corteza proporcionan una salida para la intensa presión, y tiene lugar la ERUPCIÓN. Vapor de agua, humo, gases, cenizas, rocas y lava son lanzadas a la atmósfera.

Los gases expulsados durante las erupciones tienen una densidad tal que arrastran cenizas en suspensión, de esta forma se generan las llamadas “nubes ardientes”. Estas mismas debieron producirse en la erupción del Vesubio el año 79 d.C, destruyendo las ciudades de Pompeya y Herculano.

Los volcanes son hoy por hoy la principal fuente natural de emisión de dióxido de carbono (CO2), del planeta.

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LOS SUELOS El Planeta Tierra La Tierra tiene aproximadamente 40.000 Km de circunferencia, con un área total de 500 millones de kilómetros cuadrados. Se divide en tres regiones principales: el núcleo, el manto y la corteza. El núcleo terrestre se estima que está formado por hierro fundido con algo de níquel. El manto está formado principalmente por silicatos de diversos metales. La corteza terrestre es la capa sólida externa de la Tierra, a la que podemos llamar litosfera, que tiene un espesor de alrededor de 35 Km bajo los continentes y de unos 10 Km bajo los fondos marinos. Composición de la superficie terrestre

Los elementos más abundantes en la superficie terrestre en forma decreciente son:

• Oxígeno, presente en la atmósfera en forma de O2, en la hidrosfera formando agua, y en la litosfera formando silicatos (SiO −

4 ) y sílice (SiO2) entre otros.

• Silicio, presente en los silicatos (SiO −4 ) y la sílice (SiO2) en la litosfera.

• Hidrógeno, combinado con el oxígeno en el agua. LAS ROCAS Se definen como un material natural constituido por minerales. Los minerales son compuestos inorgánicos que presentan una composición química definida. De acuerdo a su origen se clasifican en:

1. Rocas ígneas o magmáticas

Se originan por el enfriamiento y solidificación del magma. El magma que cristaliza bajo tierra forma rocas ígneas intrusivas o plutónicas, mientras que el que alcanza la superficie antes de solidificarse forma las rocas ígneas extrusivas o volcánicas.

2. Rocas sedimentarias

Se forman en la superficie terrestre. Normalmente, la roca original se fragmenta y/o disuelve por acción de la meteorización y la erosión, las partículas se sedimentan y los minerales disueltos cristalizan a partir del agua y forman sedimentos. El ciclo se repite y las capas más recientes se depositan sobre las más antiguas, que por efecto de la cementación generan finalmente la roca.

3. Rocas metamórficas

Por cada kilómetro de profundidad bajo la corteza terrestre, la temperatura aumenta 25 ºC y la presión en 250 atmósferas. Las rocas situadas cerca de un cuerpo de magma caliente se pueden transformar por la acción del calor, así mismo las rocas que han sido enterradas a gran profundidad por la acción de placas tectónicas pueden transformarse por el aumento de la presión y de la temperatura. Ese cambio se denomina metamorfismo, un proceso que puede modificar cualquier tipo de roca, sea sedimentaria, ígnea o incluso metamórfica.

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EL SUELO Corresponde a la capa fina de material fértil que cubre la superficie terrestre. Su origen se remonta a unos 350 millones de años, el cual ha evolucionado constantemente, adaptándose a los cambios del medio.

Edafología: Ciencia que estudia las características de los suelos, su formación y su evolución (edafogénesis), su distribución, propiedades físicas, morfológicas, químicas y mineralógicas. También comprende el estudio de las aptitudes de los suelos para la explotación agraria o forestal.

Formación del suelo (edafización) El suelo procede de la roca madre, la cual es alterada por la acción de los factores ambientales. En su formación se desarrollan una serie de procesos que transforman el material original hasta darle una morfología y propiedades propias, este proceso demora millones de años, y se puede describir en cuatro etapas principales.

Primera etapa

Se produce la disgregación de la roca debido al efecto de la meteorización. La lluvia y la nieve fragmentan la roca madre o disuelven los minerales que la componen, manteniendo en cierta medida, la organización primitiva de roca. Segunda etapa

Los organismos se implantan en este medio, lo transforman e incorporan sus residuos y sus propios cuerpos al morir. Estos restos orgánicos sufren profundos cambios hacia otros compuestos más estables. Tercera etapa

Los minerales que en las etapas anteriores se habían fragmentado se movilizan y desplazan a distancias variables, reorganizándose y uniéndose entre sí y a la fracción orgánica formando agregados estructurales. Se forman así los horizontes. Cuarta etapa La transformación es tan intensa que el material adquiere una morfología propia. Se forma el suelo. A nivel de organización, los cambios conducen a la pérdida total de la estructura de roca y un aumento espectacular de la fragmentación, porosidad, contenido de materia orgánica y alteración mineral.

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Factores que generan el suelo El suelo puede ser considerado como una determinada combinación de sus factores formadores que se pueden expresar según la siguiente ecuación:

S = f (cl, o, r, p, t) Representando "S" al suelo, "f" es una función, "cl" al clima, "o" a los organismos, "r" al relieve, "p" a la roca madre y "t" al tiempo. Horizontes del suelo Los horizontes corresponden a la variación regular de las propiedades y constituyentes del suelo en función de la profundidad, y su superposición constituye el perfil del suelo, que es la característica más representativa de éstos, rasgo que los diferencia claramente de las rocas. Para designar a los horizontes del suelo se usan un conjunto de letras.

A

Capa superficial de estructura migajosa y granular, con mayor % de materia orgánica o humus que las capas más profundas. En él se enraíza la vegetación herbácea. Típicamente de color gris oscuro, más o menos negro, pero cuando contiene poca materia orgánica (suelos cultivados) puede ser claro. Es de fragmentos de tamaño fino y contiene compuestos solubles. Su porosidad determina el paso de agua a su través.

B

Conocido como subsuelo, en él se depositan los materiales arrastrados desde el horizonte A. Prácticamente carece de humus, es rico en arcilla, óxidos e hidróxidos de Fe y Al.

C Zona de contacto entre el suelo y la roca que lo forma. Sin desarrollo de estructura edáfica, ni rasgos edáficos. Blando, suelto, se puede cavar con una azada. Puede estar meteorizado pero nunca edafizado.

R

Es la capa más profunda y constituida por la roca madre que no ha sufrido alteraciones químicas ni físicas significativas.

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Propiedades Físicas del Suelo

Textura

El suelo está constituido por partículas de muy diferente tamaño. Básicamente todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcilla, pero difieren en los valores de los límites establecidos para definir cada clase.

Color

Es una propiedad muy utilizada al estudiar los suelos pues es fácilmente observable y a partir de él se pueden deducir rasgos importantes. Se mide por comparación a unos colores estándar recogidos en las tablas Munsell.

Permeabilidad

Representa la facilidad de circulación del agua en el suelo. Es un parámetro muy importante que influirá en la velocidad de edafización y en la actividad biológica que puede soportar un suelo.

Propiedades Químicas del Suelo

Acidez

La acidez del suelo mide su concentración de hidrogeniones (H+). En los suelos existen H+ en solución (acidez real o activa) y los que están adsorbidos sobre los materiales que lo componen (acidez de cambio o reserva) y existe un equilibrio dinámico entre estos dos tipos de acidez. Si se eliminan H+ de la solución se liberan otros tantos H+ adsorbidos. Como consecuencia el suelo muestra una fuerte resistencia a cualquier modificación de su pH, es decir, actúa como un buffer. El pH ideal para el desarrollo de la vida vegetal varía entre 6-7,5. Degradación

Según la FAO - UNESCO la degradación “es el proceso que rebaja la capacidad actual y potencial del suelo para producir, cuantitativa y cualitativamente, bienes y servicios”, es decir es toda modificación que conduzca al deterioro de éste. La degradación del suelo es la consecuencia directa de la utilización del suelo por el hombre, bien como resultado de actuaciones directas, como agrícola, forestal, ganadera, uso de agroquímicos y riego, o por acciones indirectas, como son las actividades industriales, eliminación de residuos, transporte, etc. Tipos de degradaciones

Degradación de la fertilidad

Es la disminución de la capacidad del suelo para soportar vida. Se producen modificaciones en sus propiedades físicas, químicas, fisicoquímicas y biológicas que conllevan a su deterioro. Al degradarse pierde capacidad de producción y cada vez hay que añadirle más cantidad de abonos para producir siempre cosechas muy inferiores a las que produciría el suelo si no se presentase degradado.

Erosión

Es la pérdida selectiva de materiales del suelo. Por la acción del agua o del viento los materiales de las capas superficiales van siendo arrastrados. El concepto de erosión del suelo se refiere a la erosión antrópica, que es de desarrollo rápido. Frente a ella está la erosión natural o geológica, de evolución muy lenta.

Contaminación

Por último, el suelo se puede degradar al acumularse en él sustancias a unos niveles tales que repercuten negativamente en su comportamiento. La FAO define la contaminación como una forma de degradación química que provoca la pérdida parcial o total de la productividad del suelo.

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MINERALOGÍA

La mineralogía estudia aquellas especies inorgánicas llamadas minerales, que juntas en masas rocosas o en forma aislada constituyen el material de la corteza terrestre, y de otros cuerpos en el universo hasta donde es posible estudiarlos en la forma de meteoritos

Mineral: Compuesto inorgánico de origen natural de composición química definida como por

ejemplo silicatos SiO −4 , sílice SiO2, caliza CaCO3, etc.

Minerales primarios: Son aquellos que no han sufrido cambios químicos desde su formación inicial y se acumulan principalmente en las fracciones de arena y limo. Minerales secundarios: Son aquellos que resultan de la descomposición de los minerales primarios y recombinación de los productos. Predominan en las arcillas. Algunas características de un mineral: • Son naturalmente formados.

• Inorgánicos

• En general sólidos

• Poseen una composición química definida

• Materialmente homogéneos

• Cristalinos (con estructura atómica ordenada)

o amorfos (sin estructura cristalina, por

ejemplo los vidrios naturales)

• La mayoría de los minerales son cristales

Algunas características de un cristal: • Los cristales son formados naturalmente

o son cultivados artificialmente.

• Inorgánicos u orgánicos, por ejemplo

Vitamina B12

• En general sólidos.

• Materialmente homogéneos.

• Cristalinos, nunca amorfos.

• Los cristales tienen una disposición o un

arreglo atómico único de sus elementos.

• Los cristales naturales poseen grados de

simetría característicos los que son

consecuencia del arreglo interno de los

átomos que los forman.

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LOS MATERIALES Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Éstos se clasifican en cinco grupos: metales, cerámicos, polímeros, materiales compuestos y semiconductores, teniendo cada uno de estos grupos estructuras y propiedades distintas. El comportamiento de los materiales queda definido por su estructura a nivel atómico y/o molecular (materiales cristalinos o amorfos, cadenas poliméricas entrecruzadas, etc). La estructura electrónica de un átomo determina la naturaleza de los enlaces atómicos que a su vez contribuye a fijar las propiedades de un material dado. Las propiedades se separan para su estudio en dos grandes ramas: propiedades físicas y propiedades mecánicas.

Metales

Conducen fácilmente la electricidad y el calor (alta conductividad eléctrica y térmica). Generalmente tienen brillo, alta densidad, alto punto de fusión, son maleables (se pueden fabricar láminas) y dúctiles (se pueden fabricar alambres) y presentan alta resistencia al impacto, tensión y compresión. Pueden ser elementos (aluminio) y también aleaciones (acero, bronce). A excepción del mercurio, son sólidos a temperatura ambiente. Según su densidad se clasifican en: a) pesados: la mayoría de ellos (densidad mayor a 5 g/cm3) b) ligeros: aluminio y titanio (densidad entre 2 y 5 g/cm3) c) ultraligeros: magnesio y berilio (densidad menor a 2 g/cm3)

Cerca de 80 elementos de la tabla periódica pueden ser clasificados como metales. Todos ellos tienen en común que sus electrones más externos son cedidos fácilmente. Esta característica explica su conductividad eléctrica y térmica, su brillo y maleabilidad.

El uso de metales puros es limitado, pues son blandos o tienden a corroerse. Así, la mayor parte de los materiales metálicos comúnmente usados son mezclas de dos o más metales elementales llamadas aleaciones. Los productos metalúrgicos se clasifican en las siguientes clases:

F: Aleaciones férreas

L: Aleaciones ligeras

C: Aleaciones de cobre

V: Aleaciones varias

Aleaciones Férreas

Son las sustancias férreas que han sufrido un proceso metalúrgico. También llamados productos siderúrgicos, pueden clasificarse en: hierro, aceros, fundiciones, ferroaleaciones, aleaciones férreas especiales y conglomerados férreos.

Acero

Es una aleación de hierro y carbono, que también puede contener otros elementos, en la que el contenido de carbono oscila entre 0.1 a 1.7 %. El carbono es el elemento principal que modifica las características mecánicas del acero, cuanto mayor es el porcentaje de carbono mayores serán la resistencia y la dureza del acero, pero también será más frágil y menos dúctil.

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Cerámicos La palabra cerámica deriva del griego keramiké, "sustancia quemada". La materia prima es la arcilla. Para su obtención se emplea agua, sílice, plomo, estaño y óxidos metálicos como materias primas. Su uso a cambiado a través de los años: desde recipiente para alimentos; hasta material de construcción: ladrillo, vidrios, tejas, baldosas, azulejos y refractarios. Son materiales fuertes y duros, pero muy frágiles (quebradizos). Tienen baja conductividad eléctrica.

Son compuestos químicos o soluciones sólidas complejas, formadas por elementos metálicos y no metálicos, por lo que están formados por enlaces iónicos y covalentes que les confieren una alta estabilidad y resistencia a las alteraciones químicas. A temperaturas elevadas pueden conducir la electricidad pero muy poco en comparación con los metales.

Características de los materiales cerámicos

• Resistencia a las altas temperaturas, por lo que son buenos aislantes del fuego.

• Gran resistencia a la corrosión y a la erosión que causan los agentes atmosféricos.

• Alta resistencia a casi todos los agentes químicos.

• Gran poder de aislamiento térmico y, también, eléctrico.

Polímeros

Son macromoléculas, formadas por pequeñas moléculas llamadas monómeros, que se unen mediante un proceso llamado polimerización. En general tienen baja conductividad eléctrica y térmica. Existen varias formas de clasificar los polímeros:

• Según su origen:

a) Naturales: proteínas, celulosa, caucho natural, quitina, lignina. b) Sintéticos: nylon, poliestireno, policloruro de vinilo (PVC), polietileno.

• Según mecanismo de obtención:

a) Polímeros de condensación: al formarse, se eliminan pequeñas moléculas, como agua, por lo que no todos los átomos del monómero forman el polímero.

b) Polímeros de adición: en su formación no se libera ningún tipo de molécula, por lo que

todos los átomos del monómero forman el polímero. El monómero debe tener a lo menos un enlace doble (enlace π).

• Según composición química:

a) Polímeros orgánicos: Hay de dos tipos; la cadena principal del polímero esta formada sólo por carbonos:

polietileno (bolsas), poliestireno (aislapol), caucho (neumáticos), PVC (tuberías, imitación cuero) y teflón (antiadherente). El otro tipo tiene en su cadena principal oxígeno y/o nitrógeno, además de carbono. Poliéster (telas), policarbonato (vidrios resistentes al impacto), poliamida (lana, seda).

b) Polímeros inorgánicos: siliconas (adhesivos y rellenos).

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• Según usos:

a) Elastómeros: Se pueden deformar mucho, pero pueden recuperar su formar inicial al dejar de ser

sometidos a un esfuerzo. b) Plásticos: Al ser deformados intensamente no recuperan su forma inicial.

c) Fibras: Utilizados para confeccionar tejidos. d) Recubrimientos: Generalmente líquidos, se adhieren a la superficie de otros materiales, para modificar sus

propiedades. e) Adhesivos: Utilizados para unir dos cuerpos por contacto de sus superficies. • Según comportamiento frente al calor: a) Termoplásticos: Al calentarlos, funden y fluyen y al quitarles la fuente de calor solidifican. Son dúctiles. b) Termoestables: Se descomponen químicamente al calentarlos. Son frágiles.

Materiales compuestos Son materiales constituidos por 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente. Presenta fases distintas, son insolubles entre si. Sus componentes tienen comportamiento sinérgico, es decir que se potencian. Son ejemplos: plásticos reforzados, metales reforzados, concreto, fibra de vidrio. Se clasifican es tres categorías generales:

Particulados. Dentro de estos podemos distinguir dos tipos; los “dispersoides”, que son materiales endurecidos por dispersión y contienen partículas de 10 a 250 nm de diámetro y los "verdaderos" que contienen grandes cantidades de partículas gruesas.

Reforzados con fibras. Por lo general, este tipo de compuestos consiguen mayor resistencia a la fatiga, mejor rigidez y una mejor relación resistencia-peso, al incorporar fibras resistentes y rígidas, aunque frágiles, en una matriz más blanda y dúctil. El material matriz transmite la fuerza a las fibras, las cuales soportan la mayor parte de la fuerza aplicada.

Laminares. Incluyen recubrimientos delgados, superficies protectoras, revestimientos metálicos, laminados y todo un conjunto de materiales con aplicaciones específicas. Algunos compuestos reforzados con fibras, producidos a partir de cintas o tejidos pueden considerarse parcialmente laminares.

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Semiconductores

Material que presenta doble comportamiento: como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre y dependiendo también de la temperatura. Son materiales muy frágiles, y esenciales en aplicaciones electrónicas y computacionales. Convierten las señales eléctricas en luz, por lo que son imprescindibles en el sistema de fibras ópticas. Algunos ejemplos son silicio (el más utilizado), germanio, cadmio, fósforo y aluminio. El comportamiento de un semiconductor es opuesto al de los metales, ya que conforme aumenta la temperatura se incrementa su conductividad, en tanto que en el metal la conductividad se reduce.

Fotoconducción: Es un fenómeno característico de los semiconductores, que ocurre si el material es parte de un circuito eléctrico. En este caso, los electrones estimulados por fotones con la energía suficiente producen una corriente eléctrica en el circuito.

Clasificación de semiconductores: a) semiconductores intrínsecos: cristales constituidos sólo por átomos de silicio. b) semiconductores extrínsecos: cristal que contiene, además de silicio, otros átomos trivalentes o pentavalentes.

TABLA RESUMEN

Material Aplicaciones Propiedades

Metal Cobre Acero

Alambre conductor eléctrico

Herramientas, llaves

Dúctil, alta conductividad eléctrica.

Alta dureza. Cerámico

SiO2-Na2O-CaO

Vidrios

Aislante térmico, transparente

Polímero Polietileno

Teflón

Empaque de alimentos

Recubrimiento de sartenes

Forma películas, es impermeable

Antiadherente

Semiconductor Silicio Ga, As

Transistores y circuitos

integrados Fibras ópticas

Alta conductividad eléctrica

Convierte señales eléctricas en luz

Compuesto Acero recubierto de titanio

Recipientes de reactores

Acero: alta dureza, titanio: resistencia a

la corrosión

Propiedades Físicas de los Materiales

Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describen características como color, conductividad eléctrica o térmica, magnetismo y comportamiento óptico, generalmente no se alteran por fuerza que actúan sobre el material.

Conductividad Eléctrica Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica (flujo de electrones) a través de sí. Varía con la temperatura. Un aislante es el material que no es capaz de conducirla (vidrio, caucho).

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Conductividad Térmica Es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En general un buen conductor eléctrico es también un buen conductor térmico. Basándose en el criterio de mayor o menor conductividad, se pueden clasificar los materiales en tres grupos:

• Conductores: Son aquellos con gran número de electrones en la banda de conducción. Todos los metales son conductores, unos mejores que otros. Buenos conductores son: la plata, el cobre, el aluminio, el estaño. Malos conductores son: el hierro, el plomo.

• Aislantes: Son aquellos cuyos electrones están fuertemente ligados al núcleo y por tanto,

son incapaces de desplazarse por el interior y, consecuentemente, conducir. Buenos aislantes son por ejemplo: la mica, la porcelana, el poliéster, el aire.

• Semiconductores: Algunas sustancias son poco conductoras, pero sus electrones pueden saltar fácilmente de la banda de valencia a la de conducción, si se les comunica energía exterior. Tienen gran importancia en la electrónica. Algunos ejemplos son: el Silicio, el Germanio y el Arseniuro de Galio.

Conductividad óptica Determina como pasa la luz incidente a través de los materiales. Éstos se clasifican como

• Transparentes: el material deja pasar la luz fácilmente a través de ellos, que permite ver claramente lo que hay tras él.

• Translúcido: el material deja pasar la luz, pero se ve confusamente tras él. • Opacos: el material no deja pasar la luz a través de él, por lo tanto se ven negros. Por otro

lado los materiales tienen brillo, si son capaces de reflejar la luz Propiedades ópticas: Se refieren a la interacción entre un material y las radiaciones electromagnéticas. Estas radiaciones pueden ser o no visibles para el ojo humano. Esta interacción produce una diversidad de efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y un comportamiento electrónico.

Absorción: ocurre cuando los fotones incidentes ceden energía al material.

Reflexión: ocurre cuando los fotones incidentes aportan energía y el material emite electrones de idéntica energía.

Transmisión: ocurre cuando los fotones no interactúan con el material.

Magnetismo Las propiedades magnéticas, son las determinadas respuestas de un material al campo magnético. En principio podemos considerar elementos magnéticos a aquellos elementos de la tabla periódica que tienen electrones desapareados, pero en la práctica esto no sucede, ya que sólo existen 3 elementos que se magnetizan al aplicarles un campo magnético, éstos son el Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni).

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Tipos de magnetismo

Cuando los materiales se someten a un campo magnético puede haber 4 tipos de respuestas.

Diamagnéticos: los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado.

Paramagnéticos: los momentos dipolares se orientan en dirección al campo aplicado.

Ferromagnéticos: se caracterizan por ser siempre metálicos, y su intenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o eliminado según se desee, los 3 materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto y el níquel.

Ferrimagnéticos: son cerámicos y su magnetización es significativa pero menor que en los ferromagnéticos, sus conductividades son bajas, lo que hace que sean aplicables en electrónica.

PROPIEDADES MECÁNICAS

Tenacidad: es la resistencia que opone un cuerpo a romperse por un impacto. La propiedad opuesta a la tenacidad es la fragilidad. La madera por ejemplo es tenaz, dado que es necesario un choque muy violento para romperla.

Elasticidad: un cuerpo elástico se deforma cuando se ejerce una fuerza sobre él, pero cuando esa fuerza desaparece, el cuerpo recupera su forma original. Un ejemplo es el caucho o el hule.

Plasticidad: es la propiedad de un cuerpo por la que una deformación, producida por una fuerza aplicada, se hace permanente. Un ejemplo es la arcilla fresca.

Maleabilidad: es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones que permite la obtención de delgadas láminas sin que éstas se rompan. No existe ningún método para cuantificar esta propiedad. El elemento conocido más maleable hasta la fecha es el oro, que se puede malear hasta láminas de diezmilésima de milímetro de espesor.

Ductilidad: es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando, bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. Termofluencia: es la propiedad que presentan algunos cuerpos a experimentar deformación plástica ocurrida a altas temperaturas.

Dureza: es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Un cuerpo es más duro que otro ya que sus moléculas están muy unidas y tensas como para dejarse penetrar.

En la escala de Friedrich Mohs, el orden es el siguiente:

1 Talco, (se puede rayar fácilmente con la uña)

2 Yeso, (se puede rayar con la uña con más dificultad)

3 Calcita, (se puede rayar con una moneda de cobre)

4 Fluorita, (se puede rayar con un cuchillo)

5 Apatito, (se puede rayar difícilmente con un cuchillo)

6 Ortosa, (se puede rayar con una lija de acero)

7 Cuarzo, (raya el vidrio)

8 Topacio,

9 Corindón, (zafiros y rubíes son formas de corindón)

10 Diamante, (el mineral natural más duro)

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TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE MATERIALES

Tamizado Consiste en separar partículas sólidas de acuerdo a su tamaño, en la práctica consiste en utilizar coladores de diferentes tamaños, en los orificios, llamados tamices, colocados en forma consecutiva, en orden decreciente, de acuerdo al tamaño de los orificios. Es decir, los de orificios más grandes se encuentran en la parte superior y los más pequeños en la inferior. Los coladores reciben el nombre de tamiz y están elaborados en telas metálicas.

Filtración Se ocupa cuando se desea separar un sólido de un líquido, haciéndolo pasar a través de materiales porosos como el papel filtro, algodón o arena. Estos materiales permiten solamente el paso del líquido reteniendo el sólido.

Cromatografía Es un método analítico usado ampliamente en la separación, identificación y determinación de los compuestos químicos en mezclas complejas. Se basa en la diferencia de polaridad de los componentes de una mezcla. En la cromatografía en capa fina hay un soporte sólido (fase estacionaria) de un material polar en el que se adsorbe la mezcla. Una vez adsorbida la mezcla en la fase estacionaria se eluye con un solvente o mezcla de solventes adecuada (fase móvil), con lo que se produce una “competencia” entre la fase estacionaria y la fase móvil por los componentes de la mezcla, separando éstos.

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Destilación Es el procedimiento más utilizado para la separación y purificación de líquidos, se utiliza siempre que se pretende separar un líquido de sus impurezas no volátiles. Hay varios tipos de destilación, la más sencilla es la destilación simple en la que el proceso se lleva a cabo por medio de una sola etapa, es decir, que se evapora el líquido de punto de ebullición más bajo (calentando la mezcla) y se condensa por medio de un refrigerante.

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RECURSOS NATURALES MINEROS La economía de un país se organiza en torno a la posibilidad de explotar diferentes recursos disponibles. Chile es un país cuya economía se despliega, principalmente, en torno a la explotación de sus recursos naturales.

Recursos naturales Los recursos naturales son aquellos que podemos utilizar para realizar una actividad económica y que nos permiten satisfacer algunas necesidades básicas, es decir, son todos aquellos elementos que están presentes en la naturaleza y que las personas podemos utilizar, directamente o transformados, para producir un bien económico. Energéticos En la actualidad, los combustibles no renovables o fósiles encabezan la producción y el consumo de energéticos. Sin embargo, el peligro de esta demanda es el agotamiento de las reservas, sobre todo las de petróleo y el efecto invernadero que producen. En el transcurso de los últimos años se ha buscado, incentivar la inversión en el mejoramiento de las tecnologías relacionadas con energéticos alternativos como los recursos eólicos o los paneles solares. Hídricos Ríos y lagos proporcionan gran parte del agua necesaria para la supervivencia de la especie humana. Sus aportes hacen posible la vida de las regiones ribereñas, y además proporcionan otros beneficios, ya sea depositando limos fértiles, entregando agua para riego, para producir energía y proporcionando espacios de recreación. Biológicos Por recursos biológicos son aquellos que dependen de la interacción de los seres vivos: bosques, cultivos, pesca y ganadería. Ellos permiten nuestra alimentación y gran parte de nuestras actividades económicas, sin embargo, una serie de problemas amenaza seriamente su continuidad, especialmente la deforestación, que deja el suelo a merced de la erosión y la desertificación.

se distinguen

se distinguen

pueden ser

Recursos Naturales

Biológicos Minerales Hídricos Energéticos

No Metálicos

se distinguen

Metálicos

Cobre Hierro Plata Caliza Salitre Azufre

Oro Manganeso Yodo

Carbón Petróleo

Combustibles minerales

Molibdeno

disponibles. Perú es un país cuya economía se desp

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Minerales Suelen dividirse en metálicos y no metálicos, ya sea que contengan o no metales, y son utilizados como materia prima en el proceso de producción de bienes de consumo, tanto industriales como domésticos. Los encontramos a lo largo y ancho de nuestro territorio, destacándose en importancia la explotación de cobre, por la significación en la economía nacional. Minerales metálicos Los recursos minerales metálicos en nuestro país se encuentran repartidos por el territorio en yacimientos de cobre, hierro, manganeso, oro, plata, molibdeno, plomo y zinc. Oro El 65% del oro se obtiene de lavaderos y minas, y el 35% restante proviene de la refinación de los concentrados de cobre. El principal mineral es La Coipa (III región) que aporta un 56% del total de la producción nacional. Por su parte, en la IV Región, se encuentran los yacimientos El Indio y Andacollo Oro, que en conjunto alcanzan el 29% del total de la producción del país. Manganeso El manganeso es un mineral metálico que es utilizado en la siderurgia y cuyas reservas no sobrepasan los 3 millones de toneladas, encontrándose en las regiones de Antofagasta, Atacama y Metropolitana de Santiago. En la actualidad, se explotan los yacimientos de Corral Quemado y Los Loros, ubicados en la IV Región, que producen el 86%. Hierro Los minerales de hierro se caracterizan por ser de alta ley, y alrededor de un 55% se encuentra en condiciones favorables para su explotación. Las estimaciones de reserva ascienden a unos 2.000 millones de toneladas métricas. Plata La minería de la plata proviene en un 75% de la minería del cobre y en un 25% de minerales combinados. En el ámbito sudamericano, Chile se ubica en el segundo lugar entre los productores y en el ámbito latinoamericano, ocupamos el tercero, detrás de Perú y México. Son de importancia los yacimientos de La Coipa, en la III Región y Laguna Verde, en la XI Región. Minerales no metálicos Los minerales no metálicos son de gran importancia en el proceso productivo de nuestro país, aunque, a simple vista, no lo parece. Muchos de los productos que usamos en forma cotidiana son minerales no metálicos, por ejemplo, en la construcción, en la industria química, en la elaboración de fertilizantes, etc. Los principales recursos no metálicos con producción en nuestro país son: apatita, arcilla, azufre, baritina, bentonita, boro, caolín, carbonato de calcio, carbonato de litio, cloruro de sodio (sal de roca), cuarzo, feldespato, lapislázuli, mármol, oxido de hierro, puzolana, nitratos, sulfato de sodio, talco, yeso, azufre y yodo.

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Litio El litio es extraído desde las salmueras del salar de Atacama por la empresa Soquimich (SQM). Estas salmueras son concentradas y posteriormente procesadas para ser convertidas en carbonato de litio, cloruro de litio o litio metálico, usando tecnología de punta para la extracción y conversión. El litio se utiliza en la industria electrónica, del aluminio, vidrio, fritas para recubrimientos vítreos, grasas lubricantes, aire acondicionado, cemento y polímeros entre otras. Debido a su elevado potencial electroquímico y a que es el elemento sólido más liviano su principal uso es en la fabricación de cátodos de baterías usadas en teléfonos móviles, computadores portátiles y cámaras digitales. Salitre El salitre está formado por nitrato de sodio y/o potasio contenido en el caliche. La explotación de salitre tuvo su época de oro en Chile entre los años 1884 y 1920. En la actualidad, se mantiene en explotación en las oficinas de María Elena, Pedro de Valdivia y Coya Sur, que pertenecen a la Sociedad Química y minera de Chile S. A. (SOQUIMICH). Yodo Está asociado a la producción del salitre en los yacimientos citados. Los centros de explotación se localizan principalmente en las regiones de Tarapacá y Antofagasta.

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TEST DE EVALUACIÓN 1. Capa sólida externa a la Tierra con un espesor de unos 35 Km bajo los continentes y de unos

10 Km bajo los fondos marinos. Nos referimos

A) al núcleo terrestre. B) al manto. C) a la atmósfera. D) a la corteza terrestre. E) a la hidrosfera.

2. Al asociar correctamente las columnas ROCAS FORMACIÓN 1. Ígneas ( ) Se forman por enfriamiento del magma 2. Sedimentarias ( ) Se forman a partir de otras rocas 3. Metamórficas ( ) Se forman por fragmentos derivados de otras rocas La secuencia correcta de la segunda columna de arriba hacia abajo es

A) 1-2-3 B) 2-3-1 C) 3-1-2 D) 1-3-2 E) 2-1-3

3. El pH ideal para el desarrollo de las plantas es

A) ácidos, entre 3 y 6. B) alcalinos, superiores a 10. C) muy ácidos, menores que 3. D) neutros, entre 6 y 7,5. E) básicos, entre 8 y 10.

4. Un mineral es considerado primario cuando

A) resulta de la descomposición de otros minerales. B) no ha experimentado cambio químico desde su formación inicial. C) forma parte de la corteza terrestre. D) es inorgánico y presenta una composición definida. E) presenta composición química variable, aún dentro del mismo mineral.

5. De los siguientes productos nacionales. El único de ellos que es considerado un mineral metálico

es

A) yodo. B) azufre. C) salitre. D) molibdeno. E) carbonato de lítio.

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6. Si quisiera separar una mezcla de metanol, etanol y acetona ¿qué técnica usaría?

A) Tamizado. B) Decantación. C) Cromatografía. D) Centrifugación. E) Hidrólisis.

7. Los semiconductores son materiales que

I) se comportan como conductores o aislantes según la temperatura. II) se utilizan en la fabricación de fibra óptica. III) convierten las señales eléctricas en luz. IV) se basan en el elemento silicio.

Son correctas

A) I y II B) I y III C) II y III D) II, III y IV E) todas

8. Los polímeros son materiales que

I) poseen propiedades aislantes. II) tienen origen natural y/o artificial. III) pueden ser termoplásticos o termoestables. IV) se pueden clasificar según su forma de obtención.

Es (son) correcta(s)

A) Sólo II B) Sólo III C) I y II D) I, II y III E) Todas

9. Son ejemplos de polímeros naturales

I) nylon. II) celulosa. III) quitina. IV) poliestireno.

A) Sólo II B) Sólo III C) II y III D) II, III y IV E) Todos 10. Los dos minerales más blandos en las escala de dureza de Mohs son

A) diamante y corindón. B) talco y topacio. C) yeso y cuarzo. D) talco y yeso. E) diamante y cuarzo.

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EL AGUA

A G U AA G U AA G U AA G U A

Fórmula molecularFórmula molecularFórmula molecularFórmula molecular: : : : H H H H2222OOOO Fórmula estructural: molécula angularFórmula estructural: molécula angularFórmula estructural: molécula angularFórmula estructural: molécula angular Punto de ebullición a 1 atm: 100ºCPunto de ebullición a 1 atm: 100ºCPunto de ebullición a 1 atm: 100ºCPunto de ebullición a 1 atm: 100ºC Calor específico dCalor específico dCalor específico dCalor específico del líquido: 1 cal/g ºCel líquido: 1 cal/g ºCel líquido: 1 cal/g ºCel líquido: 1 cal/g ºC

Punto de congelación a 1 atm: Punto de congelación a 1 atm: Punto de congelación a 1 atm: Punto de congelación a 1 atm: 0000 º C º C º C º C Calor específico del hielo: 0,5 cal/g ºCCalor específico del hielo: 0,5 cal/g ºCCalor específico del hielo: 0,5 cal/g ºCCalor específico del hielo: 0,5 cal/g ºC

Calor de fusión: 80 cal/g.Calor de fusión: 80 cal/g.Calor de fusión: 80 cal/g.Calor de fusión: 80 cal/g. Calor de vaporización: 540 cal/gCalor de vaporización: 540 cal/gCalor de vaporización: 540 cal/gCalor de vaporización: 540 cal/g

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INTRODUCCIÓN La importancia social de este líquido es enorme, es fundamental para la vida, es indispensable para mantener la higiene, y con ella la salud; en la industria se le utiliza como medio de enfriamiento y de generación de vapor; en el campo es esencial para los cultivos; en las ciudades se emplea también para el riego, el drenaje de desperdicios, el control de incendios y el llenado de lagos, canales y represas. El agua es en muchos aspectos una sustancia única, es el disolvente más frecuente, es líquido a temperaturas ambiente y tiene un intervalo de existencia como líquido relativamente amplio. No es inflamable ni tóxico y, lo que es más importante, disuelve una gran variedad de sustancias.

Para poder obtener un conocimiento fundamental de las propiedades del agua, es necesario estar familiarizado con su estructura.

� La molécula es angular y el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno (la molécula presenta un dipolo). Muchos de los hechos discutidos más tarde son consecuencia de esta polaridad.

� las moléculas de agua son polares, razón por la cual es un excelente disolvente de múltiples sustancias polares.

� El ángulo de enlace H-O-H tiene un valor de 104,45º y los enlaces son de tipo covalente polar.

Interacciones Intermoleculares En el agua, un átomo de hidrógeno se encuentra enlazado al oxígeno más próximo mediante una interacción esencialmente covalente, mientras que se encuentra enlazado más débilmente al oxígeno más distante mediante el tipo de enlace conocido como enlace de hidrógeno (puente de hidrógeno). Este enlace se puede describir como el resultado de la atracción electrostática entre un hidrógeno que posee una carga parcial positiva en la molécula polar de agua y el oxígeno con una carga parcial negativa de otra molécula.

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El enlace de hidrógeno se presenta entre moléculas, conteniendo una de ellas un hidrógeno unido a un átomo o grupo muy electronegativo, y la otra, con dicho átomo electronegativo.

Los enlaces de hidrógeno, que mantienen unidas entre sí a las moléculas de agua en el hielo, son considerablemente más fuertes que las fuerzas de Van Der Waals que existen entre las moléculas de la mayor parte de los estados líquidos y sólidos, pero son mucho más débiles que la mayoría de los enlaces covalentes. La estructura del hielo permite la existencia del máximo número de enlaces de hidrógeno, es decir, uno por cada átomo de hidrógeno. La estructura resultante es poco usual en el sentido de que contiene una considerable cantidad de espacio vacío. Si el hielo tuviera una estructura con un empaquetamiento compacto de los átomos de oxígeno y los hidrógenos ocuparen los agujeros existentes entre los oxígenos, la densidad sería por lo menos de 1,9 g/cc, en vez de 0,917 g/cc que es el valor observado.

Enlace covalente 0,0965 nm

Puente de hidrógeno 0,177 nm

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PROPIEDADES MACROSCÓPICAS Las propiedades de la materia visibles, medibles y observables relacionadas con las alteraciones en su estructura o bien fenómenos que competen a un cambio es su estructura íntima, por ejemplo descomposición, electrólisis, reacción con ácidos, etc., guardan relación en gran medida con la masa de materia sometida a análisis. El agua es un compuesto con una masa molar pequeña, contrariamente sus propiedades físicas y químicas presentan magnitudes elevadas y bastante peculiares. La densidad anómala en estado sólido, la gran capacidad calorífica y la elevada tensión superficial son algunos ejemplos. Previo al análisis conviene agrupar las distintas propiedades de acuerdo con su naturaleza y características: Propiedades extensivas de la materia: Una propiedad extensiva es aquella que depende de la cantidad de material que se examine (volumen y masa por ejemplo). Propiedades intensivas de la materia: Una propiedad intensiva no depende de la cantidad de material examinado (color, punto de fusión, densidad, etc.) Analicemos algunas propiedades relevantes observables en el agua: ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN La gran fuerza de cohesión entre moléculas de agua, se justifica por la enorme tendencia del agua a unirse a otras moléculas vecinas (interacciones puente de hidrógeno), lo que la convierte en un líquido prácticamente incompresible, capaz de conferir volumen y turgencia a muchos seres vivos uni o pluricelulares.

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ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL La tensión superficial de un líquido está asociada a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. El agua tiene un valor igual a 7,29 x 10-2 J/m2. Las moléculas que se encuentran bajo la superficie experimentan fuerzas de atracción en todas direcciones, y las que se encuentran en la superficie están unidas sólo a las moléculas superficiales y las que están inmediatamente por debajo de ellas, esto produce una tensión sobre la superficie del líquido (ver figura), que en el agua es bastante alta debido a los puentes de hidrógeno. Esta elevada tensión superficial hace que el agua a temperatura ambiente sea líquida y no gas.

DENSIDAD En la mayoría de los líquidos se observa un aumento de la densidad con la disminución de la temperatura. El agua se comporta de manera similar hasta los 4ºC. a esa temperatura se produce la mayor contracción de su volumen y se observa la mayor densidad (1 g/mL). Bajo los 4ºC, la densidad del agua disminuye debido al ordenamiento molecular asimétrico entre moléculas vecinas. La estructura cristalina más corriente es abierta con canales hexagonales (similares a un panal de abejas) de modo que cuando el agua congela su estructura es poco compacta, con espacios vacíos que le confiere un volumen mayor y una menor densidad.

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ELEVADO CALOR ESPECÍFICO (cal/ºC�g) Para poder evaporar agua líquida se necesita una gran cantidad de calor. Lo curioso es que el agua es un compuesto con una masa molar pequeña, sin embargo se necesita 1 caloría para elevar en tan sólo un grado centígrado la temperatura de 1 gramo de agua. Primero se necesita romper los puentes de hidrógeno que mantienen cohesionadas a las moléculas en estado líquido para luego entregar a las moléculas la energía suficiente para que pasen al estado gaseoso. Si quisiéramos evaporar agua la cantidad de calor necesaria por gramo es exactamente de 540 calorías. El calor específico es la cantidad de calorías que el agua soporta antes de que su temperatura se eleve en tan sólo 1 grado centígrado por gramo. La energía transferida es de 1 caloría y por cierto, varía de acuerdo con el estado físico en que se encuentre el agua. El gran calor específico la convierte es un buen amortiguador térmico que mantiene la temperatura interna de los seres vivos a pesar de las variaciones externas. ALTO CALOR DE VAPORIZACIÓN Antes mencionamos que la cantidad de calor necesaria para evaporar (paso al estado vapor) 1 gramo de agua era de alrededor de 540 calorías. Un valor excesivo tratándose de un compuesto con una masa molar extraordinariamente pequeña. El elevado calor de vaporización permite por ejemplo disipar grandes cantidades de calor corporal evaporando pequeñas cantidades de agua en el sudor. ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA Esta propiedad hace que las sales cristalizadas y otros compuestos iónicos se disocien en sus cationes y aniones, los cuales son atraídos con fuerza por los dipolos del agua. Asimismo, debido a su polaridad, el agua disuelve con facilidad otros compuestos no iónicos, pero que presentan grupos funcionales polares (como los alcoholes, los aldehídos, las cetonas) al establecerse enlaces de hidrógeno entre ellos. El agua también dispersa, formando micelas con muchos compuestos anfipáticos (que poseen simultáneamente grupos polares y no polares) Todo ello la convierte en la sustancia disolvente por excelencia. Esta capacidad es responsable de dos importantes funciones del agua en los seres vivos: a) Es el vehículo de transporte que permite la circulación de sustancias en el interior de los

organismos y en su intercambio con el exterior. b) Es el medio donde ocurren todas las reacciones bioquímicas, ya que la mayor parte de las

biomoléculas se encuentra disuelta en ella y necesita un medio acuoso para interaccionar.

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Algunas propiedades químicas La casi totalidad de las reacciones asociadas con la vida animal y vegetal necesitan agua para ocurrir; hasta la putrefacción de la materia orgánica requiere la presencia de humedad, por esta razón las frutas y las carnes secas, tardan mucho más en descomponerse y la desecación de los alimentos constituye el método más económico e importante para conservarlos. Algunas reacciones del agua: Descomposición: 1600ºC

2(g) 2(g)Pt22 H O 2 H + O→

Electrólisis: H+

2(g) 2(g)Electricidad22 H O 2 H + O→

Reacción con carbono: 1000 ºC

(g) 2(g)2H O CO + H→C +

Reacción con metales alcalinos: K + H2O → 2 KOH + H2(g)

Reacción con óxidos básicos: Na2O + H2O → 2 NaOH

Reacción con óxidos ácidos: SO3 + H2O → H2SO4

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EL CICLO DEL AGUA Sólo 1/4000 de la masa del planeta es agua y de su superficie, las tres cuartas partes están cubiertas por agua. De ésta agua, casi el 98% es salada, agua de mar que no se puede beber ni usar en la mayor parte de los procesos industriales. La lluvia cae sobre la Tierra en grandes cantidades, sin embargo, la mayor parte del agua de lluvia cae sobre el mar o en regiones inaccesibles, Un poco menos de un 2% del agua de la Tierra se encuentra congelada en los casquetes polares, lo que deja menos del 1% disponible como agua dulce. El agua se evapora constantemente de las superficies, tanto acuáticas como terrestres. Este vapor de agua se condensa en nubes y regresa a la Tierra en forma de lluvia, aguanieve y nieve. Esta agua dulce llega a ser parte de los casquetes polares, fluye en forma de arroyos y ríos, llenando los lagos y depósitos subterráneos. El reciclaje del agua renueva nuestro suministro de agua dulce. El agua de lluvia acarrea partículas de polvo de la atmósfera al suelo, y también disuelve un poco de oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono mientras cae a través del aire.

LAS AGUAS DURAS El agua que contiene un exceso de sales de calcio, magnesio o hierro se denomina agua dura. Los iones positivos reaccionan con los iones negativos del jabón para formar una sustancia insoluble, impidiendo la acción limpiadora del jabón. Este tipo de agua no puede ser usada para cocinar los alimentos, ni industrialmente porque forma costras en las calderas. Es necesario remover las sales de calcio y magnesio para poder ser utilizadas, ya sea doméstica o industrialmente, mediante un proceso denominado ablandamiento y que consiste en precipitar esas sales o utilizar resinas denominadas de intercambio iónico, que retienen los iones Ca+2, Mg+2, Fe+3 y los cambian por otros cationes que no causen problemas.

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LAS AGUAS NEGRAS Los microorganismos patógenos (que causan enfermedades) no son el único problema que tiene su origen en los desechos humanos que vertimos en nuestras vías de agua. La descomposición bacteriana de la materia orgánica agota el oxígeno disuelto en el agua y enriquece las aguas con nutrientes vegetales. La mayor parte de los materiales orgánicos pueden ser degradados por microorganismos, esta degradación puede ser aeróbica o anaeróbica. La oxidación aeróbica ocurre en presencia de oxígeno disuelto. Si un efluente con materia orgánica sufre descomposición, los productos de desecho gaseosos causan a futuro problemas de salubridad y muerte de ese ecosistema. Una medida de la cantidad de oxígeno necesaria para esta degradación es la demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Cuanto mayor es la cantidad de desechos orgánicos degradables, lógicamente, mayor será la DBO. Si la DBO es lo bastante alta, se agotará el oxígeno y ningún ser vivo (con excepción de los microorganismos anaeróbicos que producen olores desagradables) puede sobrevivir en el lago o corriente. Cuando el oxígeno disuelto en un cuerpo de agua se agota por un exceso de materia orgánica, ya sea que provenga de aguas negras, algas muertas u otras fuentes, predominan los procesos de descomposición anaeróbica. En lugar de oxidar la materia orgánica, las bacterias anaeróbicas la reducen y se forma metano (CH4), el azufre se convierte en sulfuro de hidrógeno (H2S) y otros compuestos orgánicos malolientes. El nitrógeno se reduce a amoníaco (NH3) y aminas también malolientes. Los desagradables olores son una buena indicación de que el agua está sobrecargada con desechos orgánicos. Ningún ser viviente, aparte de los microorganismos anaeróbicos, pueden sobrevivir en tales aguas. LAS AGUAS ÁCIDAS En su caída, las aguas lluvias arrastran por disolución algunos contaminantes atmosféricos, como óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre, que se convierten en ácido nítrico y sulfúrico respectivamente. Parte del dióxido de azufre eliminado por combustión reacciona con el oxígeno de aire para formar trióxido de azufre.

SO2 + O2 → 2 SO3

Este anhídrido sulfúrico reacciona con agua posteriormente formando ácido sulfúrico.

SO3 + H2O → H2SO4

Éstos ácidos caen sobre la Tierra como lluvia, nieve o simplemente niebla ácida. Algo similar ocurre con los óxidos de nitrógeno en la atmósfera. El agua ácida es perjudicial para la vida en los lagos y corrientes de agua, los efectos de las aguas ácidas sobre los organismos vivos son difíciles de establecer con precisión, tal vez el efecto más importante de la acidez es que causa la liberación de iones tóxicos de las rocas y los suelos.

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AGUA POTABLE

Son aquellas aptas para beber y contienen sustancias como sales de Mg, Ca, Na, K y aire, ausencia de microorganismos patógenos, nitritos, nitratos y material orgánico.

En muchos casos el agua que bebemos proviene de presas, lagos y ríos .Esta agua podría estar muy contaminada con sustancias químicas y microorganismos patógenos. Lograr que esta agua sea segura y aceptable para el paladar implica varios pasos de tratamiento químico y físico. ETAPAS DE OBTENCIÓN 1. Procesos Físicos: Eliminación de ripios, ramas, papeles, gravillas y arenas. 2. Procesos Físico-Químicos: coagulación, floculación, cloración y fluoración. Esquema de obtención de agua potable

Captación El agua cruda se obtiene de dos fuentes distintas, aguas superficiales (lagos y ríos) y aguas subterráneas (pozos profundos). En esta etapa se eliminan los sólidos grandes como basura, ramas y hojas que pudiese contener el agua. Desarenación En esta etapa el agua es conducida a estanques desarenadores, en donde se disminuye la velocidad del agua y por efecto de la gravedad, la arena existente decanta, y el agua se aclara. Coagulación y Floculación En esta etapa se agregan al agua coagulantes como cloruro férrico AlCl3 y sulfato de aluminio Al2(SO4)3 que facilitan la aglomeración de partículas pequeñas aún existentes en el agua, haciéndolas más pesadas. La Coagulación es un proceso que consiste en la desestabilización de las partículas coloidales a través de la neutralización de sus cargas, generalmente negativas (-).

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Decantación Las partículas aglomeradas por efecto de la gravedad se depositan en el fondo del estanque, lo que produce la clarificación del agua. Filtración A continuación el agua se somete a un filtrado que permite eliminar los flóculos al quedar retenidos en el sistema de filtros. Los filtros están formados con capas de principalmente carbón activo, arena y gravilla. Cloración Al agua ya filtrada se le incorpora cloro para la eliminación de microorganismos patógenos presentes como bacterias y hongos, además contribuye a la eliminación de olores. Fluoruración El último paso es agregar flúor al agua con medida general para prevenir la formación de caries. Los contenidos óptimos son del orden de 1,5-2,5 mg/L, contenidos mayores provocan aparición de fluorosis dental

AGUAS RESIDUALES (TRATAMIENTO)

Durante muchos años la mayor parte de las comunidades se limitan a conservar sus aguas negras en estanques de sedimentación durante cierto tiempo antes de descargarlo a una corriente, lago u océano. Las aguas residuales son aquellas aguas producidas (contaminadas) durante las actividades del hombre ya sea en procesos industriales, domésticos, agrícolas, pecuarios y en general de cualquier otro uso. Respecto de los contaminantes en el agua varia según su uso, por ejemplo las aguas municipales (casas) están contaminadas principalmente con materia orgánica y detergentes. Los trabajos agrícolas y ganaderos contaminan principalmente los ríos y afluentes con pesticidas, funguicidas, etc., además aporta una cantidad importante de materia orgánica debido a los desechos de animales y de la transformación de los productos vegetales y animales. Las industrias como papeleras, textiles y siderúrgicas utilizan agua en sus procesos de producción, durante estas etapas las industrias aportan contaminantes como aceites, materia orgánica, metales pesados e incluso materiales radiactivos. Para evitar los daños a la salud y el medio ambiente se tratan las aguas residuales.

TRATAMIENTO Tratamiento primario Consiste en la eliminación del material sólido como palos, piedras, hojas por métodos mecánicos como filtración, flotación y sedimentación (decantación). Tratamiento secundario En esta etapa se elimina hasta el 90% de los desechos biodegradables que requieren oxígeno. La eliminación se produce por procesos fisicoquímicos (lodos activados, aireación y métodos anaeróbicos).

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El tratamiento secundario más común es el de los lodos activados donde las aguas residuales provenientes del tratamiento primario pasan a un tanque de aireación en donde se burbujea aire u oxígeno, desde el fondo del tanque para favorecer el rápido crecimiento de las bacterias y otros microorganismos. Las bacterias utilizan el oxígeno para descomponer los desechos orgánicos de estas aguas. Los sólidos en suspensión y las bacterias forman una especie de lodo conocido como lodo activado, el cual se deja sedimentar y luego es llevado a un tanque digestor aeróbico para que sea degradado. Finalmente el lodo activado es utilizado como fertilizante en los campos de cultivo, incinerado o llevado a un relleno sanitario. Entre el tratamiento primario y secundario de las aguas se elimina cerca del 90 % de los sólidos en suspensión y cerca del 90 % de la materia orgánica. Tratamiento terciario Se denomina tratamiento terciario a cualquier tratamiento que se realice después de la etapa secundaria, el fin de este tipo de tratamiento es eliminar la mayor cantidad de desechos antes de enviar las aguas nuevamente a un río o directamente al mar. Las operaciones que se utilizan en los tratamientos terciarios son:

� Adsorción por carbón activado � Osmosis inversa � Microfiltración � Intercambio iónico � Electrodiálisis � Cloración � Ozonización.

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TEST EVALUACIÓN 1. ¿Cuál de las siguientes propiedades no corresponde al agua?

A) Excelente electrolito B) Alto punto de ebullición C) Elevada tensión superficial D) Alta fuerza de cohesión E) Buen disolvente de sales minerales

2. La presencia de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua tiene un efecto

esencial sobre las propiedades del agua condensada; esto se traduce en que el agua I) posee un punto de fusión anormalmente elevado. II) tiene una temperatura de ebullición muy alta comparada con moléculas de igual PM. III) por su baja masa molar se evapora con facilidad.

A) Sólo I B) Sólo II C) I y II D) II y III E) I, II y III

3. ¿Cuál de las siguientes tipos de agua se caracteriza por la presencia de elevadas

concentraciones de calcio y magnesio?

A) Mineral B) Blanda C) Dura D) Ácida E) Potable

4. La electrólisis del agua

I) requiere energía eléctrica. II) genera H2 y O2 III) genera H+ y OH-

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I y II E) I, II y III

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5. La fuerza de atracción que une un átomo de hidrógeno de una molécula de agua, con un átomo de oxígeno de otra molécula de agua se conoce como

A) enlace iónico. B) enlace covalente. C) fuerzas de London. D) puente de hidrógeno. E) interacción hidrofóbica.

6. Si se hace reaccionar agua con un anhídrido se obtiene

A) un ácido. B) un hidróxido. C) oxígeno gaseoso. D) hidrógeno gaseoso. E) un peróxido ácido.

7. En el proceso de potabilización del agua potable se utilizan distintas operaciones. Una de

ellas es agregar hidróxido de calcio Ca(OH)2 junto con sulfato de aluminio Al2(SO4)3. Esta operación recibe el nombre de

A) precipitación. B) floculación. C) filtración. D) decantación. E) ablandamiento.

8. Las aguas ácidas se forman de diversas maneras, una de ellas es por la reacción de un

contaminante secundario, el SO3, con H2O formándose H2SO4, este ácido cae en forma de lluvia o nieve ácida produciendo diversos problemas entre los cuáles están

I) corrosión de metales y mármol. II) acidificación de suelos de cultivo. III) aumento en el pH de los suelos cultivables.

A) Sólo I B) Sólo II C) I y II D) I y III E) I, II y III

9. La adición de flúor al agua potable se justifica porque

I) permite la generación de flóculos que clarifican el agua. II) disminuye la multiplicación de la placa bacteriana. III) permite eliminar agentes patógenos.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo I y III E) I, II y III

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10. ¿Cuál es la secuencia correcta que se sigue para potabilizar el H2O? 1. desarenación. 2. adición de sulfato de aluminio. 3. cloración. 4. floculación y decantación 5. filtración. 6. almacenamiento en estanques.

A) 1, 2, 3, 4, 5, 6 B) 1, 2, 4, 5, 3, 6 C) 1, 4, 5, 2, 6, 3 D) 1, 5, 4, 3, 2, 6 E) 1, 6, 5, 3, 4, 2

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CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y

GASES

EL EFECTO INVERNADERO

Según un artículo publicado en el año 2004, el calentamiento global podría exterminar de un 15 a 35 % de las especies en peligro de extinción. - Si todo el hielo de la Antártica se derritiera, el nivel del mar aumentaría aproximadamente 125 metros, un aumento de 6 metros, bastaría para inundar a Londres y Nueva York. - En 1984 el tamaño del hueco en la capa de Ozono sobre la Antártica era aproximadamente de 7 millones de Km2, hoy es superior a 29 millones de Km2 (4 veces mayor). - Brasil fue entre 1990 y 2000 el país en el que hubo mayor deforestación con 22.264 Km2. - Indonesia es el país con mayor número de mamíferos y aves en peligro de extinción, 128 y 104 respectivamente. - En EE.UU se recupera sólo el 11% de los residuos sólidos producidos. En Europa occidental es el 30%. - En New York se recogen cerca de 130.000 toneladas diarias de basura sólo a nivel residencial. - En el IV informe emitido por el “PANEL INTERGUBERNAMENTAL SOBRE EL CAMBIO DEL CLIMA”, se predice un aumento en la temperatura de 2.5 a 4.5 °C para fines del siglo XXI. - Desde marzo del 2007, 50 mil científicos viajaron a ambos polos del planeta para estudiar el efecto del calentamiento global sobre los cascos polares.

fuente: PROTOCOLO DE KYOTO – PANEL INTERGUBERNAMENTAL SOBRE CAMBIO CLIMÁTICO.

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EL AIRE

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

• La Troposfera (del griego tropos= vuelta, giro y sphaira= esfera), alberga a casi todos los seres vivos y las actividades humanas, es la región donde los fenómenos meteorológicos corrientes ocurren, su espesor se calcula en unos 15 km.

• La Estratosfera (del griego stratum = capa), cubre un espesor de 50 km

aproximadamente, en la estratosfera es donde se encuentra la capa de ozono que protege a los seres vivos de la mortal radiación ultravioleta.

• La Mesosfera (del griego mesos = medio) cuya parte inferior es llamada ionosfera (de ion =

partícula electrizada) se constituye de aire altamente ionizado. La ionosfera tiene gran influencia en las comunicaciones inalámbricas, pues en sus distintas capas ionizadas se reflejan las ondas radioeléctricas, dirigiéndose nuevamente hacia la Tierra y haciendo posible, de este modo, su propagación a distancias muy grandes.

• La capa superiores de la mesosfera es la Termosfera (del griego termo = calor). Se

trata de una zona de alta temperatura debido a la absorción de los rayos ultravioletas.

• La exosfera (del griego exo = fuera) es la capa más externa, su espesor va de 700 a 1.200 km por sobre la superficie terrestre

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EL AIRE COMPOSICIÓN Moléculas de cada sustancia por 100.000 moléculas de aire

Nitrógeno (N2) 78.083 Oxígeno (O2) 20.944 Argón (Ar) 934 Dióxido de carbono (CO2) 36

Más trazas de; neón (Ne), Helio (He), metano (CH4), kriptón (Kr), hidrógeno (H2), monóxido de dinitrógeno (N2O), xenón (Xe), ozono (O3), dióxido de azufre (SO2), dióxido de nitrógeno (NO2), amoniaco (NH3), monóxido de carbono (CO) y yodo (I2). FENÓMENOS CLIMÁTICOS LA INVERSIÓN TÉRMICA Normalmente la temperatura de la atmósfera disminuye con la altura, el aire está más caliente cerca del suelo. En las noches despejadas el suelo se enfría más rápidamente, pero el viento por lo general mezcla el aire frío cerca del suelo con el aire más caliente que está arriba. De vez en cuando, el aire se queda quieto y la capa inferior de aire frío queda atrapada por la capa de aire caliente que está arriba. Esta condición se conoce como inversión atmosférica o inversión térmica. Los contaminantes que hay en el aire frío también quedan atrapados cerca del suelo, y el aire puede acumular una concentración peligrosa de contaminantes si el viento tarda varios días en volver a soplar.

También puede ocurrir una inversión de temperatura cuando un frente cálido choca con un frente frío. La masa de aire caliente a ser menos densa, se desliza por encima de la masa de aire frío y produce una condición de estabilidad atmosférica, puesto que no hay movimiento vertical, el aire frío se estanca y los contaminantes se acumulan en él.

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LA CONTAMINACIÓN Contaminante es una sustancia química cualquiera en el lugar equivocado. El ozono, por ejemplo, es un constituyente natural e importante de la estratosfera, donde protege a la Tierra de la radiación ultravioleta, pero en la troposfera es un contaminante peligroso “SMOG” (del inglés smoke = humo y fog =niebla)

CARBÓN + FUEGO → ESMOG INDUSTRIAL El aire contaminado asociado a las actividades industriales se conoce como esmog industrial, y se caracteriza por la presencia de humo, niebla, dióxido de azufre y material en partículas como cenizas y hollín. La mayor parte del esmog industrial se debe a la combustión de hulla o carbón, sobre todo el que tiene alto contenido de azufre. ¿QUIÉNES CONTAMINAN Y CUÁNTO? Los siete principales contaminantes del aire

Contaminante Símbolo Fuentes Principales

Efecto Sobre la Salud Efectos Ambientales

Monóxido de carbono CO Vehículos de motor

Interviene el transporte de oxígeno; lo que causa mareos y la muerte;

contribuye a enfermedades cardiacas

Leve

Hidrocarburos CnHm Vehículos de motor,

disolventes industriales

Narcótico en concentraciones altas; algunos compuestos aromáticos son carcinógenos

Precursor de aldehídos, PAN

Óxido de azufre SOx Plantas termoeléctricas

fundidoras

Irritantes del aparato res-piratorio; agrava enfermedades

cardiacas y pulmonares

Reduce el rendimiento de los cultivos; precursor de lluvia ácida, partículas

de SO42-

Óxido de nitrógeno NOx Plantas termoeléctricas, vehículos de motor Irritante del aparato respiratorio

Reduce el rendimiento de los cultivos; precursor del ozono y la lluvia ácida produce bruma

parda

Partículas

Industrias, plantas termo- eléctricas, polvo de granjas y sitios de

construcción

Irritante del aparato respi-ratorio, sinergia con SO2;

contiene cancerígenos y me-tales tóxicos absorbidos.

Reduce la visibilidad

Ozono O3 Contaminante secundario producido por la acción

NO2

Irritante del aparato respiratorio; agrava en-fermedades cardiacas y

pulmonares

Reduce el rendimiento de los cultivos; mata

árboles (sinergia con SO2); destruye el

caucho, la pintura, etc.

Plomo Pb Vehículo de motor,

fundidoras

Tóxico para el sistema nervioso y el sistema productor de sangre

Tóxico para todos los seres vivos

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EL ESMOG INDUSTRIAL La química del esmog industrial es muy sencilla. La hulla es principalmente carbono, pero contiene hasta un 3% de azufre y cantidades variables de minerales. Cuando se quema, el carbono de la hulla se oxida a dióxido de carbono.

C + O2 → CO2 Este proceso genera calor. No todo el carbono se oxida por completo, una parte queda como monóxido de carbono.

2 C + O2 → 2 CO Una fracción más del carbono, prácticamente sin quemarse, se convierte en hollín. ÓXIDOS DE AZUFRE El azufre de la hulla también se quema, y forma dióxido de azufre, un gas asfixiante.

S + O2 → SO2

El aparato respiratorio absorbe fácilmente el dióxido de azufre, una sustancia muy irritante que se sabe agrava los síntomas de las personas que padecen asma, bronquitis, enfisema y otras enfermedades pulmonares. Parte del dióxido de azufre reacciona con el oxígeno del aire para formar trióxido de azufre.

2 SO2 + O2 → 2 SO3

Luego, el trióxido de azufre reacciona con agua para formar ácido sulfúrico

SO3 + H2O → H2SO4

Diminutas gotitas de este ácido forman un aerosol que irrita las vías respiratorias aun más que el dióxido de azufre. MONÓXIDO DE CARBONO Cuando un hidrocarburo arde con suficiente oxígeno, los productos son dióxido de carbono y agua. Dado que ambas sustancias son componentes normales del aire, generalmente no se consideran como contaminantes. Cuando no hay suficiente oxígeno presente, se genera monóxido de carbono, un gas invisible, inodoro e insípido. Cada año se vierten en el aire millones de toneladas métricas de este invisible pero letal gas. El CO ingresa al torrente sanguíneo y forma un compuesto con la hemoglobina (proteína transportadora) más estable que el que normalmente forma ésta con el oxígeno. En concentraciones por sobre 400 ppm el monóxido de carbono es letal (muerte se produce por asfixia).

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Molécula de hemoglobina y transporte de oxígeno

ÓXIDOS DE NITRÓGENO Además del dióxido de carbono, el monóxido de carbono y los hidrocarburos no quemados, el escape de los automóviles contiene óxido de nitrógeno. Las plantas eléctricas que queman combustibles fósiles son otra fuente importante de óxidos de nitrógeno. En una reacción similar a la que ocurre en la atmósfera durante las tormentas eléctricas, el nitrógeno y el oxígeno se combinan en las cámaras de combustión; el principal producto es el monóxido de nitrógeno (NO).

N2 + O2 → 2 NO El oxígeno de la atmósfera oxida el monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno (NO2).

2 NO + O2 → 2 NO2

El dióxido de nitrógeno es un gas de color ámbar. Desempeña un papel vital en el esmog fotoquímico: absorbe un fotón de la luz solar y se descompone en monóxido de nitrógeno y átomos de oxígeno reactivos.

NO2 + luz solar → NO + O Los átomos de oxígeno reaccionan con otros componentes del escape de los automóviles y con la atmósfera para producir diversas sustancias irritantes y tóxicas. El esmog fotoquímico es el resultado de la acción de la luz solar sobre los óxidos de nitrógeno emitidos por automóviles y otras fuentes de combustión a alta temperatura. Se caracteriza por una bruma amarillenta.

OZONO El oxígeno ordinario que respiramos se compone de moléculas de O2. El ozono es una forma de oxígeno que consiste en moléculas O3, es un componente natural de la estratosfera, donde protege a la Tierra de la radiación ultravioleta, que destruye la vida. El ozono también es un componente conocido del esmog fotoquímico. Inhalado, es una sustancia tóxica y peligrosa. El ozono es un buen ejemplo de contaminante: una sustancia química fuera de lugar en el ambiente. En la estratosfera, el ozono ayuda a hacer posible la vida. En la troposfera dificulta la vida.

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En la mesosfera, la radiación ultravioleta de longitud de onda corta y alta energía rompe algunas moléculas de oxígeno ordinario y produce átomos de oxígeno.

O2 2 O Algunos de estos átomos altamente reactivos bajan por difusión hasta la estratosfera, donde reaccionan con moléculas de oxígeno para formar ozono.

O + O2 → O3 Átomo de Molécula ozono Oxígeno de oxígeno El ozono a su vez, absorbe rayos ultravioleta de longitud de onda mayor, aunque todavía letales y nos protege de esta radiación dañina. Al absorber los rayos, el ozono se convierte otra vez en moléculas de oxígeno y átomos de oxígeno, invirtiendo la reacción anterior.

O3 U.V→O2 + O Si no hay perturbaciones, la concentración de ozono se mantiene más o menos constante gracias a estos procesos cíclicos. Sin embargo la actividad humana amenaza la existencia del escudo protector. Antes de examinar este problema, demos una vista a los efectos del ozono aquí abajo, donde vivimos. OZONO TROPOSFÉRICO El ozono en la troposfera es un potente agente oxidante: en niveles bajos causa irritación de los ojos; en niveles altos puede causar edema pulmonar, hemorragia e incluso la muerte. Los efectos a largo plazo de la exposición a niveles bajos de ozono son más difíciles de evaluar. CLOROFLUOROCARBONOS (C.F.C) Los compuestos llamados clorofluorocarbonos o CFC, se han utilizado como gases dispersores en latas de aerosoles y como refrigerantes. A temperatura ambiente, los CFC son gases o líquidos con bajo punto de ebullición. Son prácticamente insolubles en agua e inertes con respecto a la mayor parte de las demás sustancias. Son químicamente inertes por lo tanto persisten durante mucho tiempo en el entorno sin reaccionar. Los CFC se difunden en la estratosfera, donde la radiación ultravioleta los descompone. Los átomos de cloro que se forman en este proceso rompen las moléculas de ozono que protegen la tierra de la dañina radiación ultravioleta.

CF2Cl2 + luz ultravioleta → CF2Cl + Cl•

Cl• + O3 → ClO• + O2 •ClO + O → Cl• + O2

Observe que el resultado del último paso es la formación de otro átomo de cloro que puede romper otra molécula de ozono. El segundo y tercer paso se repiten muchas veces; así la descomposición de una molécula de clorofluorocarbono puede causar la destrucción de muchas moléculas de ozono.

radiación

ultravioleta

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LA LLUVIA ÁCIDA Ya vimos cómo los óxidos de azufre se convierten en ácido sulfúrico. De forma similar, los óxidos de nitrógeno se convierten en ácido nítrico. Estos ácidos caen sobre la Tierra como lluvia ácida o nieve ácida, o se depositan como niebla ácida o se absorben en partículas. La lluvia ácida se define como lluvia que tiene un pH menor que 5.6. La lluvia ácida se debe principalmente a los óxidos de azufre que emiten las plantas termoeléctricas y fundidoras y a los óxidos de nitrógeno emitidos por las plantas termoeléctricas y los automóviles. Estos ácidos a menudo recorren grandes distancias antes de precipitarse en forma de lluvia o de nieve. Las dos principales fuentes de la lluvia ácida son el dióxido de azufre (SO2) de las plantas termoeléctricas y el monóxido de nitrógeno (NO) de las plantas termoeléctricas y los automóviles. Estos óxidos se convierten en SO3 y NO2, que luego reaccionan con agua para formar H2SO4 y HNO3. Los ácidos caen con la lluvia, con frecuencia a cientos de kilómetros de sus fuentes. Los ácidos corroen los metales y pueden llegar a carcomer los edificios y estatuas de piedra. EL RADÓN Un contaminante del aire en interiores muy enigmático es el radón. Este gas noble incoloro, inodoro, insípido y químicamente inerte, es radiactivo. Son los productos de la desintegración del radón, llamados isótopos hijos, los que causan el problema. El radón mismo se desintegra por emisión alfa con una vida media de 3.8 días.

HePoRn 42

21884

22286 +→

Cuando inhalamos Radón el polonio-218 y otros hijos, que incluyen plomo 214 y bismuto 214, quedan atrapados en los pulmones, donde su desintegración daña los pulmones. El radón se desprende de manera natural de los suelos y las rocas, sobretodo del granito y de los esquistos, y de minerales como menas de fosfatos y pechblenda. La fuente final son los átomos de Uranio contenidos en estos materiales. El radón es solo uno de varios materiales radiactivos que se forman durante la desintegración en múltiples pasos del uranio. Sin embargo, el radón es único en cuanto a que es un gas y puede escapar. Los demás son sólidos y permanecen en el suelo y las rocas. DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) Y CALENTAMIENTO GLOBAL Por más limpio que sea un motor de combustión o una fábrica, en tanto queme carbón o productos del petróleo, producirá dióxido de carbono. La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera a aumentado en cerca de un 20% en este siglo, y sigue aumentado de forma espontánea porque cada vez se quema más combustible a base de carbono. En general ni siquiera consideramos al dióxido de carbono como un contaminante; es un componente natural del entorno, sin embargo su elevada concentración es la principal causa del calentamiento general de la superficie terrestre.

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EL EFECTO INVERNADERO El dióxido de carbono y otros gases producen el efecto de invernadero: permiten que los rayos solares (luz visible) entren y calienten la superficie de la tierra. Pero cuando esta trata de devolver el calor (Energía infrarroja) al espacio, la energía queda atrapada por las moléculas de esos gases Las actividades humanas añaden 25.000 millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera cada año, y 22.000 millones de toneladas provienen de la quema de combustibles fósiles. Cerca de 15.000 millones de toneladas son fijadas por las plantas, los suelos y los océanos, los que deja una adición neta de 10.000 millones de toneladas al año. Por tanto la concentración de dióxido de carbono esta aumentando a razón de 1 ppm al año. El Metano, Los Clorofluorocarbonos y otros gases traza también contribuyen al efecto de invernadero. La concentración de metano en la atmósfera ha ido en aumento desde 1977. Aunque estos gases están presentes en cantidades mucho más bajas que el dióxido de carbono son mucho más eficientes en cuanto a su capacidad de atrapar calor. El vapor de agua también actúa como gas de invernadero. Sin embargo, cuando el vapor de agua se libera a la atmósfera pronto regresa a la Tierra como lluvia, así que es poco probable que contribuyan al calentamiento global.

El efecto de invernadero. La luz solar que atraviesa la atmósfera se absorbe y calienta la superficie de la tierra. La superficie caliente emite radiación infrarroja. Parte de esta radiación es absorbida por CO2, H2O, CH4 y otros gases y se retiene en la atmósfera como energía calorífica.

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R E S U M E N 1. La atmósfera se compone de capas: la troposfera (la más cercana a la Tierra), la estratosfera (que incluye la capa de

ozono), la mesosfera y la termosfera. 2. El aire seco y limpio contiene cerca del 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de argón (en volumen), más

cantidades muy pequeñas de otros gases. 3. Aunque el aire es 78% nitrógeno, los animales y la mayor parte de las plantas no pueden usar este nitrógeno si no ha

sido “fijado” (combinado con otros elementos). 4. El nitrógeno pasa del aire a las plantas y animales y finalmente regresa al aire por el ciclo del nitrógeno. 5. El oxígeno del aire participa en la oxidación (de materiales vegetales y animales) y finalmente regresa al aire por el

ciclo del oxígeno. 6. El oxígeno se convierte en ozono y luego otra vez en oxígeno en la estratosfera. 7. La contaminación natural del aire incluye las tormentas de polvo, los gases nocivos de los pantanos y las cenizas y

dióxido de azufre provenientes de las erupciones volcánicas. 8. Los contaminantes primarios del aire generados por la actividad humana son el humo y los gases producidos por la

combustión de combustibles y los vapores y las partículas emitidas por las fábricas. 9. La inversión atmosférica es una condición en la que aire frío y sucio quedan aprisionados cerca del suelo por una capa

superior estable de aire caliente. 10. El esmog industrial es una combinación de humo y niebla con dióxido de azufre, ácido sulfúrico y hollín, esto es, la

clase de esmog que se produce cuando el aire es frío y húmedo debido a la quema excesiva de carbón. 11. El esmog fotoquímico se produce en días secos y soleados, principalmente a partir de las emisiones del escape de los

automóviles. 12. El monóxido de carbono (que casi siempre se produce cuando se queman combustibles que contienen carbono) es un

gas venenoso que bloquea la hemoglobina de la sangre de modo que no puede llevar oxígeno a las células. 13. Los gases del escape de los automóviles y las emisiones de plantas termoeléctricas que queman combustibles fósiles

contienen óxido de nitrógeno. El calor pardo del dióxido de nitrógeno causa la bruma pardusca que a menudo se observa sobre algunas ciudades grandes.

14. El ozono, un alótropo del oxígeno, es un contaminante atmosférico dañino en la troposfera pero en la estratosfera

forma una capa protectora que impide que la radiación ultravioleta del Sol llegue hasta la superficie de la Tierra. 15. Los clorofluorocarbonos se han vinculado con el “agujero” de la capa de ozono y ahora están prohibidos en muchos

países. 16. La lluvia ácida se debe a los óxidos de azufre (principalmente de las plantas termoeléctricas) y a los óxidos de

nitrógeno (principalmente de las plantas termoeléctricas y los automóviles). 17. El tetraetilo de plomo que antes se agregaba a las gasolinas como antidetonante se ha eliminado a causa de la

contaminación del plomo. 18. Debido a los efectos del humo de los cigarrillos en los no fumadores, muchas ciudades y estados restringen los lugares

públicos en los que se puede fumar. 19. El gas radón, un contaminante de interiores, es un problema porque es radiactivo. 20. Los gases como el dióxido de carbono y el metano pueden producir un efecto de invernadero intensificando y originar

un calentamiento global.

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TEST EVALUACIÓN

1. De las capas atmosféricas ¿cuál es la que tiene mayor relevancia en las comunicaciones?

A) Troposfera. B) Estratosfera. C) Ionosfera. D) Termosfera. E) Exosfera.

2. Un contaminante secundario es aquel que

A) queda en la alta atmósfera. B) se produce de manera natural. C) se forma por la acción de los convertidores catalíticos. D) se acumula en la atmósfera y es de descomposición lenta. E) puede formarse cuando un primario reacciona con algún componente del aire.

3. El smog industrial se caracteriza por contener I) hollín. II) trióxido de azufre. III) material particulado.

A) Sólo I B) Sólo II C) I y II D) II y III E) I, II y III

4. La capa de ozono, O3 que protege a los seres vivos de la mortal radiación ultravioleta se

encuentra en la

A) troposfera. B) mesosfera. C) exosfera. D) estratosfera. E) termosfera.

5. La combustión de hulla o carbón ha sido el principal responsable de la contaminación

industrial por años, ya que produce I) monóxido de carbono, CO II) dióxido de azufre, SO2 III) hollín, C

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I y II E) I, II y III

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Niveles de organización y Teoría Celular.

1. INTRODUCCIÓN Millones de especies diferentes de organismos vivos pueblan la Tierra. La biología, el estudio científico de la vida, se define a través de una jerarquía de organización biológica, desde biomoléculas hasta biosfera. La vida se compone de materia, que es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia, incluso la que constituye los organismos más complejos, está constituida por combinaciones de elementos.

� De elementos a macromoléculas: En la Tierra, existen unos 92 elementos. Muchos son muy conocidos, como el carbono, el oxígeno, el calcio y el hierro, pero solo unos 25 de ellos son esenciales para la vida y sólo cuatro; oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H) y nitrógeno(N), constituyen el 97 % del cuerpo humano, que es un ejemplo típico de la materia viva.

En el nivel químico, la partícula más pequeña de un elemento es el átomo, que al combinarse con átomos de dos o más elementos diferentes, en proporciones definidas y constantes, originan los compuestos, moléculas y macromoléculas.

� De célula a biosfera: En el nivel celular, muchos tipos distintos de átomos y macromoléculas se asocian entre sí y

forman células. Sin embargo, una célula es mucho más que un montón de átomos y moléculas, “es la unidad estructural y funcional básica de la vida”, el componente más simple de la materia viva que es capaz de realizar todas las actividades necesarias para la vida.

En los organismos metacelulares, las células forman tejidos que a su vez se disponen en estructuras funcionales llamadas órganos. Un conjunto de órganos coordinadamente cumple funciones biológicas integrándose como un sistema de órganos. Los aparatos o sistemas de órganos se relacionan y cumplen sus funciones en forma coordinada y precisa estructurando el complejo organismo multicelular.

Los organismos de una misma especie, que habitan en la misma área y en el mismo tiempo, constituyen una población. Las distintas poblaciones de organismos que interactúan en una misma área estructuran una comunidad biótica o biocenosis.

El ecosistema es aquel nivel en que la comunidad se relaciona con el ambiente físico o abiótico (biotopo). Los ecosistemas que tienen similar clima y tipo de suelo, tienen una flora equivalente y una fauna asociada también equivalente y pasan a formar el nivel de bioma. Todos los biomas de la Tierra forman la biosfera.

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Figura 1. Niveles de organización biológica.

Átomo

Macromolécula

Molécula

Tejido

Órgano

Célula

Sistemas de órganos

Organismo

Población

Comunidad

Ecosistema

Bioma

Biosfera

QUÍMICA

BIOLOGÍA

MOLECULAR

BIOLOGÍA

CELULAR

FISIOLOGÍA

ECOLOGÍA

Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores (Figura 1). Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las propiedades emergentes. Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos -hidrógeno y oxígeno-. De la misma manera, una célula tiene propiedades diferentes de las de las moléculas forman, y un organismo multicelular tiene propiedades nuevas y diferentes de las células que lo constituyen. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula individual, y es nada menos que la vida.

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2. TEORÍA CELULAR La célula fue descrita inicialmente por Robert Hooke (1665) al estudiar con el microscopio unas finas laminillas de corcho, dichas laminillas estaban formadas por un entramado de fibras que dejaban una serie de espacios, los cuales parecían “celdillas” de los panales de las abejas, y por ello las denominó células. En principio, esta descripción pasó como mera curiosidad, pero, con el tiempo y el perfeccionamiento de los microscopios, se fue observando que aquellas celdillas o células estaban presentes en muchos tejidos vegetales y animales. El contenido de éstas estaba formado de una masa viscosa a la que se llamó protoplasma o citoplasma y en la cual había un gránulo más o menos voluminoso al que se denominó núcleo. Finalmente, un botánico Schleiden (1804-1881) y un zoólogo Schwann (1810-1882) recogieron las observaciones y descripciones realizadas en vegetales y animales y formularon en 1839 el principio básico de la Teoría Celular.

Posteriormente sobre la base de todas estas investigaciones, en 1855, se estableció un principio que resultaría central para la biología. Dos investigadores alemanes, Robert Remarck (1815-1865) y Rudolph Virchow (1821-1902) formularon la siguiente afirmación: toda célula procede de otra célula. Recordemos que la teoría celular se enfrentó en sus comienzos con la Teoría Vitalista, según la cual la fuerza vital era una más de las fuerzas que gobiernan la naturaleza, como la fuerza gravitatoria o la fuerza eléctrica. Según esta teoría, los organismos vivos formados por materia inerte poseen un principio etéreo llamado principio vital, pero con el tiempo se fue observando que las distintas facetas de la actividad de los seres vivos se deben a la acción conjunta y coordinada de los numerosos elementos celulares que constituyen el organismo y no por esta fuerza comentada anteriormente. De esta manera se explica la génesis celular, la actividad nerviosa, el metabolismo celular, etc.

La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece que:

• Todos los organismos vivos están formados por una o más células. La estructura del organismo como un todo se debe a la especial disposición de sus células y de las estructuras que éstas generan. (La célula como unidad estructural).

• Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células. (La célula como unidad funcional).

• Toda célula procede de la división de otra anterior. (La célula como unidad de origen).

• Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija.

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Aún cuando toda célula existente respeta en principio la teoría celular, existe una gran variedad de tamaños, formas, tipos y asociaciones celulares. No obstante esta gran diversidad, las células tienen propiedades y/o características comunes, tales como: • Poseer una maquinaria metabólica: que le permite realizar los procesos vitales de

desarrollo, crecimiento y reproducción. • Poseer un centro de almacenamiento de la información genética (DNA), y control de

los procesos vitales (mecanismos de regulación de la expresión génica). • Poseer una membrana plasmática, que delimita al citoplasma, y cuya función principal es

regular el intercambio de sustancias entre la célula y el exterior, manteniendo el medio intracelular constante dentro de ciertos límites permisibles, (mecanismo de permeabilidad selectiva).

Los organismos se agrupan en tres categorías principales llamadas dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Eukarya incluye cuatro reinos: Protista, Fungi, Plantae y Animalia, todos ellos eucariontes. Los organismos pertenecientes al dominio Bacteria forman el reino de las Eubacterias. En el dominio Archaea se pueden mencionar las archeobacterias acidófilas, termófilas y metanobacterias. Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariontes (Figura 1).

Figura 2. Clasificación de los seres vivos en tres dominios y seis reinos (Woese 1990).

(Unicelular, (Unicelular, (Unicelular, (Unicelular, multicelular, multicelular, multicelular, multicelular, eucariota)eucariota)eucariota)eucariota)

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Clasifique a los siguientes seres vivos según:

• reino que pertenece; • tipo de célula que posee y • la organización celular.

Tipo de Célula

Organización celular

Organismos

Reino Procarionte o Eucarionte

Unicelular o Pluricelular

Atún Escherichia coli Pino Levadura Paramecio Cochayuyo Cactus Champiñón Ameba En consecuencia, en los seres vivos se pueden encontrar solo dos tipos de células; la Procariótica y la Eucariótica, las cuales se diferencian esencialmente en la ausencia o presencia de núcleo, respectivamente. A continuación se presenta una tabla que presenta las principales diferencias entre ambos tipos celulares:

Tabla 1. COMPARACIÓN ESTRUCTURAL ENTRE CÉLULAS PROCARIONTES Y EUCARIONTES. Características Célula Procariótica Célula Eucariótica

Ejemplo

Eubacterias y Arqueobacterias.

Protistas (protozoos, algas), hongos, animales

y vegetales. Tamaño

Lo habitual es de 0,5 – 10 µm de diámetro.

La mayoría entre 10 – 50 µm de diámetro.

Presentación del DNA

Libre en el citoplasma, sin histonas, DNA circular cerrado. Se suele designar el

nombre de nucleoide al espacio que ocupa el DNA en el citoplasma de la bacteria.

Encerrado en el núcleo por la envoltura nuclear, tiene una disposición lineal,

asociándose con proteínas (histonas y no histonas), denominándose cromatina.

Compartimentalización citoplasmática

Ausente.

Presente, con varios tipos de organelos tales como mitocondrias, cloroplastos, lisosomas,

vacuolas, etc. Ribosomas

Más pequeños y livianos (70 S).

Más grandes y pesados (80 S).

Pared Celular

No celulósica, sino de tipo glicopeptídica

(peptidoglucano).

Ausente en células animales, presente en las

células vegetales y algunos protistas (compuesta principalmente por celulosa).

Presente en hongos (quitina). Locomoción

Flagelos, estructurados por una proteína

(flagelina).

Cilios y flagelos a base de un esqueleto

microtubular de tubulina. Membrana Plasmática

Presente, formada de bicapa lipídica y

proteínas, sin colesterol.

Presente, formada de bicapa lipídica y

proteínas, con colesterol.

S = es una unidad de coeficiente de sedimentación (Svedberg). 1mm= 103 µm = 106 nm ó mµ = 107 Å.

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GLOSARIO Autótrofo: Un organismo capaz de sintetizar todas las moléculas orgánicas necesarias a partir de sustancias inorgánicas simples (por ejemplo, H2O, CO2, NH3) y de alguna fuente de energía (por ejemplo, luz solar); opuesto a heterótrofo. Las plantas, las algas y algunos grupos especializados de procariotas son autótrofos. Biosfera: La zona de aire, suelo y agua de la superficie de la Tierra ocupadas por seres vivos. Caloría: Cantidad de energía necesaria para elevar en 1 ºC la temperatura de 1 g ó 1 cc. de H2O. Compuesto: Sustancia química compuesta por dos o más tipos de átomos en proporciones definidas Cromatina: El complejo de DNA y proteínas histónicas y no histónicas que componen a los cromosomas eucarióticos; se tiñe intensamente. Dominio: Máxima categoría utilizada en la clasificación biológica. Los tres dominios reconocidos son: Eukarya, Archaea y Bacteria. Elemento: Sustancia compuesta sólo por átomos del mismo número atómico y que no puede descomponerse por medios químicos ordinarios. Heterótrofo (Gr. heteros, otro, + trophos, que se alimenta de): Organismo que debe alimentarse de sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos para obtener energía y pequeñas moléculas estructurales; opuesto a autótrofo. Los animales, los hongos y muchos organismos unicelulares son heterótrofos. Quimiosintético: Se aplica a las bacterias autótrofas que usan energía liberada por reacciones inorgánicas específicas para impulsar sus procesos vitales, entre otros, la síntesis de moléculas orgánicas. Organelo: Una estructura subcelular que tiene funciones especializadas y que posee membrana celular. Ramón y Cajal, Santiago (1852-1934) Histólogo español. Por sus trabajos sobre la teoría de la neurona compartió el premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1906 con Camilo Golgi. Reino: Categoría taxonómica que agrupa a phylum o divisiones. Hasta el surgimiento de la categoría de dominio, el reino era la categoría de nivel más alto en la clasificación biológica Teoría: Una idea explicativa ampliamente aceptada que tiene amplitud de alcance y es apoyada por una gran cantidad de pruebas.

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PREGUNTAS 1. Indique la secuencia correcta de menor a mayor nivel de complejidad de los siguientes

niveles de organización biológica:

1. átomo 2. célula 3. molécula 4. tejido 5. órgano

A) 1, 2, 3, 4, 5 B) 1, 3, 4, 2, 5 C) 1, 3, 2, 4, 5 D) 1, 3, 2, 5, 4 E) 3, 1, 2, 5, 4

2. La principal diferencia entre células eucariontes y procariontes, radica en que estas últimas

A) carecen de endomembranas. B) no tienen material genético. C) se originan a partir de los virus. D) no presentan membrana plasmática. E) son las únicas que poseen ribosomas.

3. De los siguientes enunciados… ¿Cuál no se deduce de la Teoría Celular?

A) todos los seres vivos están formados por células. B) la célula puede vivir libre de otros sistemas vivos. C) la célula es la unidad estructural de los seres vivos D) algunas células son capaces de realizar reacciones químicas de síntesis. E) la célula contiene información genética que se pasa de una progenitora a su sucesora.

4. Los tipos celulares que no poseen un núcleo delimitado es muy probable que carezcan de

A) ribosomas. B) mitocondrias. C) material genético. D) membrana celular. E) metabolismo propio.

5. La levadura y el champiñón tienen en común I) poseer núcleo definido. II) ser organismos unicelulares. III) pertenecer al mismo reino.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y III D) Sólo II y III E) I, II y III

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6. Tanto las células procariontes como las eucariontes presentan

I) ribosomas. II) membrana celular. III) ácido desoxirribonucleico.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III

7. Sobre la Teoría Celular, se puede afirmar correctamente que

I) un botánico y un zoólogo son los primeros que sentaron las bases de la teoría. II) la disposición de las células de un organismo determina su estructura total. III) toda célula debe poseer un límite que es la pared celular.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo II y III E) I, II y III

8. El nivel de organización que precede al nivel de bioma, corresponde a

A) comunidad. B) población. C) organismo. D) ecosistema. E) biosfera.

9. ¿Cuál (es) de las siguientes estructuras es (son) común(es) a toda célula?

I) material genético rodeado de membrana. II) límite celular con función de transporte. III) proteínas con función enzimática.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo II y III E) I, II y III

10. Si una célula posee ADN circular cerrado y libre en el citoplasma, se trata de una célula que no

presenta

I) cromatina. II) vacuola. III) colesterol.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo II y III E) I, II y III

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cercana sanguínea Bioquímica

similares sEstructura

comunes Ancestros

Relaciones

La Taxonomía Biológica o Biotaxia es la rama de la biología que analiza las características de un organismo, con el propósito de asignarlo a una categoría o taxón. Entre las características evaluadas para dicha asignación se consideran semejanzas y diferencias corporales, grados de evolución, modo reproductivo, bioquímica sanguínea, etc. Las clasificaciones han sido modificadas a lo largo de la historia. En el Génesis se señala al primer hombre como autor de los primeros nombres de plantas y animales. Fue Aristóteles el primero en intentar una clasificación taxonómica seria, así con ayuda de sus discípulos clasificó a los seres vivos en dos reinos: vegetal y animal. A su vez dividió a las plantas en hierbas, arbustos y árboles; y a los animales en: con sangre roja, sin sangre roja, vivíparos, ovíparos, útiles, perjudiciales e innecesarios. La clasificación de las plantas y animales por semejanzas estructurales fue establecida por el biólogo sueco Carl Von Linné o Linneo. Catalogó y describió las plantas en “Species Plantarum” (1753) y los animales en “Systema Naturae” (1758). Linneo propuso la existencia de 3 reinos: animal, vegetal y mineral. Y propuso como máximo taxón o categoría a la Clase. Un esquema de clasificación que reúne los organismos en cinco reinos, propuesto por R. H. Whittaker en 1969, ha sido aceptado ampliamente en círculos biológicos. Clasificación propuesta por R. H. Whittaker

Animales

Plantas

(hongos) Fungi

Protista

Monera

Reinos

{ especie) / (género binomial Relaciones

Especie

Género

Familia

Orden

Clase

(filo) Phylum

Reino

Taxones o Categorías

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Se ha propuesto, recientemente, una nueva categoría taxonómica: el Dominio. Son dos los Dominios propuestos; procariota y eucariota (Eucarya). El Dominio procariota se ha dividido en dos dominios: Eubacteriae y Archeobacteriae.

Categorías Taxonómicas Son los grados o jerarquías en los que se agrupan los organismos según sus semejanzas. Entre las principales tenemos: - Dominio - Reino - Phylum (para animales y protozoarios) / División (donde no se aplique Phylum) - Clase - Orden - Familia - Género - Especie Han sido ordenadas de mayor a menor rango, así por ejemplo un Dominio contiene Reinos similares, un Reino agrupa Phyla (plural de Phylum) similares, un Phylum abarca Clases similares y así sucesivamente. Para mayor precisión se crea entre los taxones mencionados categorías intermedias anteponiendo los prefijos Super o Infra o Sub. Así por ejemplo entre Clase y Orden se pueden crear dos taxones:

Clase Infraclase Superorden Orden

1. Especie Grupo de individuos semejantes en cuanto a estructura y funcionamiento, que en la

naturaleza sólo se reproducen entre sí, generan descendencia fértil y tienen un antecesor común. Es considerada la unidad básica de la clasificación.

2. Género Categoría que agrupa a especies muy similares entre sí. 3. Familia Agrupa a géneros muy parecidos entre sí. 4. Orden Incluye a las familias muy semejantes entre sí. 5. Clase Incluye a las órdenes que se parecen. 6. Phylum Agrupa a clases similares. Se usa Phylum para animales y protozoarios; y se usa División

para bacterias, algas, hongos y plantas. 7. Reino

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a

b

Aunque ambos se los llama petirrojos, a) el norteamericano Turdus migratorius es muy distinto al b) inglés Erithacus rubecula.

Agrupa Phyla o divisiones semejantes. Ejemplos:

El hombre pertenece a:

La papa pertenece a:

1 Dominio : Eucariota 2 Reino : Animalia 3 Phylum : Cordados 4 Subphylum : Vertebrados 5 Superclase : Tetrápodos 6 Clase : Mamíferos 7 Subclase : Eutheria 8 Orden : Primates 9 Familia : Homínidos 10 Género : Homo 11 Especie : Homo sapiens

1 Dominio : Eucariota 2 Reino : Plantae 3 División : Spermatophyta 4 Clase : Angiospermas 5 Orden : Tubiflorales 6 Familia : Solanaceae 7 Género : Solanum 8 Especie : Solanum tuberosum

Nomenclatura Para evitar la confusión que causa el que a un mismo organismo se le llame de diferentes maneras en diferentes partes del mundo, se le asigna un nombre científico universal. 1. Nombre vulgar o común Nombre arbitrario o común que tiene un organismo en diferentes lugares del

mundo que varía incluso de un idioma a otro. Ejm.: Pacu - runtu, Tupamono, Upa, Oville corota, Maquisapa chusco, mono de

cola amarilla peruano. 2. Nombre científico Nombre universal latinizado

que se le otorga a un organismo basándose en sus rasgos peculiares, tanto de género como de especie.

Ejm.: Los nombres vulgares del ejemplo anterior son reemplazados por:

Lagothrix flavicauda

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Ejemplares de miembros de la clase mamíferos, orden carnívoros, familia félidos. De acuerdo con algunos esquemas taxonómicos, a todos estos felinos se los incluiría en el género Felis, pero otros reservan este género para los gatos pequeños, como a) el gato doméstico, b) el ocelote y c) el puma.Los gatos más grandes, incluido d) el leopardo, se clasifican como Panthera, y los gatos rabones, e)como el lince, como Lynx.

a b

d

c

e

Eucariota Dominio

Plantae4.

Animalia3.

Fungi 2.

Protista 1.

Reglas básicas de la nomenclatura Linneo propuso la nomenclatura binomial, por lo cual se usan dos palabras para cada organismo. 1. Cada organismo debe nombrarse mediante su género y especie. 2. Las palabras que designan el género y la especie deben ser latinas o latinizadas. 3. El género comienza con mayúsculas, el resto en minúsculas. 4. Ambas palabras deben escribirse en cursiva o negritas o subrayadas por separado. Ejemplo: Nombre científico Nombre común Felis domestica gato Cannis familiaris perro Columba domestica paloma Pulex irritans pulga Solanum tuberosum papa Oriza sativa arroz Rupicola peruviana gallito de las rocas (ave nacional) Cantua buxifolia Cantuta (flor nacional) Periplaneta americano Cucaracha Canis latrans Coyote Canis lupus Lobo Sistema de clasificación según Whittaker En 1969 propone los reinos:

} Procariota Dominio Monera 1.

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A través de las años, las diferentes especies de organismos vivos, desde los microbios hasta las ballenas, han sufrido cambios para adaptarse a su medio. Como resultado de esto, en nuestro planeta hay muchos y variados seres vivos. Esta diversidad biológica, crea la necesidad de clasificar, ordenar y nombrar a los seres vivos, cuya tarea recae en la Taxonomía. el naturalista Linneo ideó un sistema que permite agrupar o las seres vivos en categorías teniendo como unidad básica a la especie. Las categorías de este sistema son:

Categoría Clasificación del humano Clasificación de la papa

Reino Animalia Plantae

Filo/División Cordados Angiosperma

Clase Mamíferos Dicotiledónea

Orden Primates Tubiflorales

Familia Hominidave Solanáceas

Género Homo Solanum

Especie Homo sapiens Solanum tuberosum

En el siglo XX, en 1 969, el norteamericano Whittoker, profundizó aún más la clasificación de los seres vivos y estableció que deben agruparse en cinco reinos, para lo cual se basó en sus semejanzas y diferencias.

REINO REPRESENTANTES FUNCIÓN ECOLÓGICA MONERA Procariontes, unicelulares

Bacterias Cianofitas

Desintegradores Productores

PROTISTA Eucariontes, unicelulares coloniales

Protozoos Algas eucariontes

Consumidores, forman el zooplancton Productores, forman el fitoplancton

FUNGI Eucariontes, tipo vegetal no fotosintético

Mohos hongos verdaderos

Desintegradores Algunos son alimentos, otros son patógenos

PLANTAE Eucariontes, pluricelulares Autótrofos fotosintéticos

Talofitas, Musgos, Pteridofitas, Fanerógamas

Productores Fuente importante de oxígeno en la atmósfera

ANIMALIA Eucariontes, pluricelulares Heterótrofos

Invertebrados, vertebrados Consumidores Algunos son herbívoros, carnívoros o detriófagos

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REINO MONERA Son seres procariontes es decir, que no tienen un núcleo bien diferenciado al no presentar membrana nuclear. Su división por lo tanto es mitótica. No presentan tampoco algunos de los orgánelos celulares típicos como son plastos, mitocondrias, centríolos y retículo endoplasmático. Son seres muy primitivos, microscópicos y muy abundantes. A este reino pertenecen las bacterias y las cianofíceas (llamadas vulgarmente algas azules). Las bacterias se encuentran en todos los ambientes de la biosfera, algunas son capaces de realizar la fotosíntesis, otras se alimentan a partir de materia orgánica en descomposición son las saprofitas o saprozoico y son los principales organismos formadores de humus. Las cianofíceas realizan la fotosíntesis a pesar de no tener cloroplastos se encuentran en todos los ambientes muy húmedos, así como en los mares y aguas continentales formando parte del fitoplancton. Ejemplo el nostoc. Una de las bacterias más conocidas y estudiadas por los científicos es la Escherichia coli. Esta bacteria vive en nuestro intestino y nos ayuda a degradar algunos alimentos, pero si pasa a las vías urinarias puede provocarnos infecciones. Este es un ejemplo claro de las relaciones que se establecen con los microorganismos en algunos casos son beneficiosas y en otros son perjudiciales. La pared celular, envoltura rígida y resistente determina la forma de estos organismos y sin son dañinos (patógenos) o no. Teniendo en cuenta su forma, las 50 000 especies de bacterias conocidas se clasifican en cuatro grupos morfológicos: cocos, bacilos, espirilos y vibriones.

DIVERSIDAD DEL REINO MONERA Las bacterias poseen una molécula de ADN y una pared celular rígida. Muchas presentan un órgano de locomoción como el flagelo o los cilios. Carecen de muchas estructuras como los cloroplastos y las mitocondrias. Algunas viven como organismos de vida libre, pero otras permanecen agrupadas en colonias. La mayoría de las bacterias son consideradas organismos patógenos debido a que producen muchas enfermedades como el cólera. Sin embargo existen otras bacterias que ayudan al ser humano como las que sirven para la producción del yogur. Ecológicamente también son útiles por ser desintegradoras de la materia orgánica y en algunos casos fijan el nitrógeno atmosférico aumentando la fertilidad de los suelos. En cuanto a las algas azul verdosas o cianofitas se caracterizan por ser organismos microscópicos procariontes con una pared celular formada por una sustancia llamada pectina que se encuentra dispuesta en varias capas. Viven tanto en agua dulce como en salada y también en los suelos húmedos. Se organizan formando colonias como en el caso del Nostoc que es utilizado por algunos pueblos andinos para su alimentación. REINO PROTISTA Son organismos eucariontes es decir con un núcleo bien diferenciado, además poseen todos los órganos típicos. Su división celular es mitótica. Los primeros protistas eran unicelulares, pero posteriormente tienen lugar una asociación celular que origina la formación de colonias.

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La reproducción puede ser por bipartición o esporulación en los más primitivos hasta la reproducción sexual en los más evolucionados. A este reino pertenecen: los euglenoideos, algas doradas, dinoflagelados, sarcodinos, ciliados, esporozoarios, etc. • Euglenoideos (crisofitas): son algas autótrofas unicelulares, pueden formar colonias. Incluyen a las algas diatómeas, organismos marinos y de agua dulce. • Dinoflagelados: son organismos unicelulares capaces de fabricar su propio alimento y poseedores de dos flagelos. El peridinium y el ceratium forman parte de este grupo. • Flagelados (mastigóforos): son organismos heterótrofos que existen libres y como parásitos. Se mueven batiendo sus flagelos o látigo. El trypanosoma es un flagelado. • Sarcodinos (rizópodos): no tienen forma definida. Se mueven extendiendo su citoplasma y formando el llamado seudópodo. Algunas tienen cápsula. • Ciliados (cilióforos): tienen la estructura más compleja de todos los organismos unicelulares. Tiene su cuerpo cubierto de cilios o pelos que les ayuda a moverse en el agua. El paramecium y la vorticella son ciliados. • Formadores de esporas (esporozoarios): Son microorganismos heterótrofos y se encuentran en diversas formas. Muchos de ellos causan enfermedades al hombre. El plasmodium y la gregarina pertenecen a este grupo. Los protistas se caracterizan por estar formados por células con un solo núcleo. Además poseen organelos más desarrollados que los seres del reino monera, como la mitocondria y los cloroplastos y estructuras especializadas que forman los flagelos o los cilios. Los grupos de organismos que forman este reino se diferencian entre sí por su alimentación. Algunos son autótrofos, es decir, fabrican su propio alimento a través de la fotosíntesis, de manera semejante a la de las plantas. Otros en cambio son heterótrofos es decir, realizan la absorción de los nutrientes de otros seres vivos. Si se alimentan de otros protistas su nutrición se denomina holozoica, saprofítica si se alimentan de restos de vegetales saprozoica si lo hacen de restos de animales y holofítica si son sintetizadores. Los protistas están ampliamente distribuidos en aguas dulces y marinas en el suelo o como parásitos de los animales y del ser humano. Son de tamaño variado y van desde las algas marinas gigantes, que llegan a medir más de setenta metros, hasta los protozoarios unicelulares y microscópicos como las diatomeas. En cuanto a su reproducción es variada.

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Algunos duplican el material de su célula realizando una reproducción asexual binaria o por bipartición. Otros dividen a su célula en varias partes iguales, realizando la esporulación. REINO FUNGI Los hongos son organismos parecidos a las plantas pero que son incapaces de fabricar alimento. Se nutren de seres vivos o de materia orgánica en descomposición. La mayoría de los hongos son multicelulares por lo tanto son más complejos que los protistas. El reino de los hongos está dividido en tres fílumes, división que está basada en las formas distintas que tienen las estructuras que producen esporas en cada grupo. Los organismos de este reino se caracterizan por tener células con una pared celular formada de sustancias como la quitina o la celulosa. Presentan nutrición heterótrofa debido a que carecen de clorofila. En su mayoría son saprofitas pero otros son parásitos de plantas, animales y del ser humano. Dentro de este grupo, además de los hongos se encuentran los organismos llamados líquenes que están formados por un alga azul verdosa y un hongo, desarrollando una relación conocida como mutualismo. Así el alga azul verdosa le proporciona al hongo el alimento que fabrica a través de la fotosíntesis, mientras que el hongo le da a ésta la humedad necesaria para su desarrollo. Estos seres vivos durante mucho tiempo fueron confundida y tomados por algas o por musgos que son plantas pequeñas. Sin embargo han sido clasificados dentro de este reino debido a que se encuentran formados por un hongo. Los hongos son estudiados por una rama de la Biología conocida como la Micología, que busca describir su composición, estructura e importancia de éstos en el desarrollo del ambiente. DIVERSIDAD DE LOS HONGOS Tradicionalmente los hongos fueron considerados como vegetales, sin embargo su estudio a través de la Micología determinó que fueran clasificados en otro reino por su peculiar manera de alimentarse y de reproducirse. Desde el punto de vista químico los hongos se asemejan más a los animales que a los vegetales pues contienen quitina que forma caparazones en los animales en lugar de celulosa. Probablemente el primer hongo fue un organismo eucariótico unicelular. A partir de éste se formaron otros hongos llamados cenocíticos, en los que se encuentran varios núcleos inmersos en un citoplasma común. Los hongos en su mayoría están formados por numerosas redes que se extienden sobre la superficie donde se desarrollan, que pueden ser el suelo u otros seres vivos. Algunos hongos son microscópicos mientras que otros son visibles para el ser humano. Los hongos pluricelulares están formados por células filamentosas y ramificadas llamadas hifas cuyo conjunto constituye el micelio que forma el cuerpo del hongo. Las hifas pueden sufrir modificaciones de acuerdo al tipo de vida que desarrollen. Dentro de los hongos existen divisiones según sus características más comunes. Las divisiones más conocidas son Los ascomicetos y los basidiomicetos. Los organismos de ambas divisiones tienen hifas o prolongaciones divididas mediante paredes celulares. Las hifas pueden modificarse en rizoides para la fijación o en haustorios para utilizarlos como órganos de absorción en los hongos parásitos. La mayoría de los hongos son benéficos, pues una gran cantidad de ellos realizan la fermentación y son utilizados en las industrias panificadoras, lácteas o cerveceras.

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PRACTICA I.- Clasifique cada uno de los animales según lo estudiado 1 2 3 4 5 6 8 7 10 11 9 12 15 14 13 18 16 17 21 19 20 25 22 23 24 26

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Reino Viral Los Virus INTRODUCCIÓN Virus ("veneno"), es una asociación supramolecular compuesta de material genético, rodeado por una envoltura protectora. El término virus describe a los agentes causantes de enfermedades, más pequeños que las bacterias. Carecen de vida independiente, pero se pueden replicar en el interior de células vivas, perjudicando a su huésped. DEFINICIÓN Son parásitos intracelulares compuestos por Ácidos Nucleicos (ARN o ADN) y Proteínas. CARACTERÍSTICAS

• Ultramicroscópicos: desde 10 n m (virus de la poliomielitis) - hasta 300 n m (virus de la viruela, TMV)

• Termosensibles: muy sensibles a temperaturas altas. • Plásticos, es decir cambiantes o mutantes.

CLASIFICACIÓN A. POR SU FORMA: - Icosaédricos: Cápside de aspecto poligonal de 20 caras triangulares. Ej.: Adenovirus, virus de la polio, picornavirus. - Helicoidales o Cilíndricos: Aspecto alargado, o cilindro hueco, los capsómeros se ensamblan a modo de peldaños de una escalera en caracol. Ejm. Virus del mosaico del tabaco y virus de la rabia. - Complejos: Adoptan las dos estructuras anteriores. Ej. Bacteriófagos. - Esféricos: Con envoltura externa que es un fragmento de la membrana plasmática de la célula hospedadora que el virus arrastra al abandonarla. Ejm.: Virus de la gripe, de la viruela, de la hepatitis, VIH, etc. * Los poxvirus tienen forma de ladrillo y una composición compleja de proteínas. Sin embargo, estos últimos tipos de virus son excepciones y la mayoría tiene una forma simple.

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B. POR SU MATERIAL GENÉTICO 1. Virus ADN 2. Virus ARN C. POR EL ORGANISMO INFECTADO. 1. Fitófagos (Viroides): Plantas. 2. Micófago: Hongos. 3. Bacteriófagos: Bacterias. 4. Zoófagos: Animales.

TIPO DE VIRUS

ÁCIDO NUCLEICO CÁPSIDA ENVOLTURA EJEMPLO

Virus vegetales

ARN monocateriano

Helicoidal No Mosaico del Tabaco

Bacteriófagos ADN

bicatenario Compleja No Bacteriófago

Virus animales De todos loa

tipos Icosaédricos

Con frecuencia

Gripe, SIDA, etc.

CLACIFICACIÓN DE LOS VIRUS PARÁSITOS DE CÉLULAS ANIMALES (VIRUS ADN)

Nº Familia Ácido nucleico Envoltura Género y especie Enfermedad

1 Papovaviridea (Papovavirus)

ADN – bc circular Desnudos Virus del papiloma

humano Verrugas

2 Poxviridae (Poxvirus)

ADN – bc circular Envueltos Virus de la viruela Viruela

3

Herpesviridae (herpesvirus)

ADN – bc Lineal

Envueltos

Virus de herpes Simple I y II

Grietas en los labios y herpes genital

Virus de la varicela zoster Varicela y herpes zoster

4 Adenovirida e (Adenovirus

ADN – bc lineal Desnudos Adenovirus

humano

Infecciones Respiratorias,

Entéricas y Oftálmicas

5 Parpoviridae (Parvovirus)

ADN –mc lineal

Desnudos Virus adenoasociados

Infecciones en roedores

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El SIDA EL SIDA es una etapa avanzada de la infección por el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH). Se trata de un retrovirus que ataca las defensas del organismo y altera la capacidad para defenderse de las enfermedades ocasionadas por otros virus, bacterias, parásitos y hongos. El sistema inmunológico agrupa diversos tipos de células, entre otras los glóbulos blancos encargados de luchar contra los agresores externos. El VIH concretamente mata aun tipo de células, los linfocitos CD4 que integran el sistema inmunológico. ¿Qué significa la palabra SIDA? SIDA significa "Síndrome de Inmuno Deficiencia Adquirida", donde: Síndrome: conjunto de signos y síntomas. Inmune: relativo al sistema de defensas. Deficiencia: disminución. Adquirida: contagiado, no congénito o heredado. Es decir que es SIDA sólo cuando se presenta un conjunto de signos y síntomas que indican que las defensas están disminuidas porque se contagió con el virus. Es posible estar infectado con el VIH y todavía no haber desarrollado el SIDA. Desde el momento en que el virus ingresa al cuerpo hasta que aparecen los síntomas puede pasar mucho tiempo, entre 10 y 12 años, período que puede extenderse si se comienza un tratamiento temprano.

REPLICACION DE UN VIRUS Conjunto de fases o etapas que se inician cuando el virus entra en la célula: las enzimas celulares eliminan la cubierta viral y el ADN o ARN. A. Ciclo Lítico O infeccioso; el virus se fija a la célula, inyecta o penetra su ácido nucleico a la célula y se pone en contacto con los ribosomas de la célula, dirigiendo la síntesis de proteínas. El ácido nucleico del virus se autoduplica y, una vez que se sintetizan las subunidades proteicas que constituyen la cápside, los componentes se ensamblan dando lugar a nuevos virus que luego se liberan de la célula por medio la lisis celular. B. Ciclo Lisogénico El ácido nucleico que inyecta el virus se integra al ADN del huésped, se replica de manera pasiva con éste, y lo hereda la nueva célula. La célula no estalla.

Los virus originan gran variedad de enfermedades en las plantas y daños serios en los cultivos. Las más comunes se producen por el virus del mosaico amarillo del nabo, el virus X de la papa y el virus del mosaico del tabaco. Los vegetales tienen paredes celulares rígidas que los virus no pueden atravesar, de modo que la vía más importante para su propagación la proporcionan los animales que se alimentan de ellos. A menudo, los insectos inoculan en las plantas sanas los virus que llevan en su aparato bucal, procedentes de otras plantas infectadas. También los nemátodos pueden transmitir la infección cuando se alimentan de las raíces. Los estudios de la interacción entre estos virus y las células huéspedes son limitados, ya que la infección se realiza a través de un insecto vector. Además, no se suele disponer en el laboratorio de los cultivos celulares susceptibles de ser infectados por virus vegetales.

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una breve reseña . . .

����1798: JENNER prueba con gran éxito su vacuna contra la viruela.

����1885: PASTEUR perfecciona la segunda vacuna viral contra la rabia.

����1892: IVANOVSKY el virus que causa la enfermedad de mosaico del tabaco.

����1898: LOFFLER Y FROSCH demostraron que el agente causante de la fiebre aftosa del ganado también atraviesa el filtro de porcelana.

����1917: D' HERELLE encontró un agente lítico para la bacteria de la disentería, concluyendo que es un virus bacteriano.

����1935: STANLEY logra cristalizar el VMT (virus del mosaico del tabaco) permitiendo un análisis cuidadoso de su composición.

����1952: HERSHEY Y CHASE demuestran experimentalmente que la información genética es trasmitida por el ADN del bacteriófago y no por sus proteínas.

����1956: GIERER Y SCHRAMM demuestran que el ARN del VMT provoca la infección sin participación de las proteínas.

Ebola (Una triste historia) La historia de la fiebre hemorrágica de Ébola no es muy agradable de contar. El primer brote conocido se dio en 1976 en Yambuku, Zaire (actual R.D. del Congo), y mató a 280 personas en menos de dos meses, de las 318 que contrajeron la enfermedad. Tres años después, en Sudán, murieron 22 personas de 34 afectadas y, en 1995, de nuevo en Zaire, murieron 245 de 316 afectadas. La fiebre hemorrágica del Ébola es una de las enfermedades más horribles y conocidas por la ciencia; tras un corto período de 2 a 21 días de incubación, comienzan a aparecer sucesivamente fiebres, dolores musculares, de cabeza y de garganta, vómitos, diarrea y hemorragias, tanto externas como internas. Del 50 al 90% de los pacientes mueren en el curso de un par de días. No se conoce tratamiento alguno, ni medio de prevención. El virus de Ébola se transmite por contacto directo a través de la sangre, secreciones, órganos o semen de las personas infectadas. El personal sanitario se infecta frecuentemente al cuidar a los pacientes de Ebola. En 1976, durante el primer brote, todas las personas que fueron contagiadas al manipular jeringas o agujas, murieron.

El virus del SIDA puede hospedarse en: sangre, semen, secreciones vaginales, la leche materna, saliva, orina y demás líquidos corporales. Sin embargo, el contagio es por: sangre con sangre, sangre con semen, sangre con saliva, semen con fluido vaginal, semen con saliva, saliva cono fluido vaginal, y de madre a hijo durante el embarazo, el parto o durante la lactancia.

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Los Virus en la Medicina Los virus representan un reto importante para la ciencia médica en su combate contra las enfermedades infecciosas. Muchos virus causan enfermedades humanas de gran importancia y diversidad. Entre las enfermedades virales se incluye el resfriado común, que afecta a millones de personas cada año. Otras enfermedades tienen graves consecuencias. Entre éstas se encuentra la rabia, las fiebres hemorrágicas, la encefalitis, la poliomielitis y la fiebre amarilla. Sin embargo, la mayoría de los virus causan enfermedades que sólo producen un intenso malestar, siempre que al paciente no se le presenten complicaciones serias. Algunas de éstas son la gripe, el sarampión, las paperas, la fiebre con calenturas (herpes simple), la varicela, los herpes (como el herpes zóster), las enfermedades respiratorias, las diarreas agudas, las verrugas y la hepatitis. Otros agentes virales, como los causantes de la rubéola (el sarampión alemán) y los citomegalovirus, pueden provocar anomalías serias o abortos. El síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) está causado por un retrovirus. Se conocen dos retrovirus ligados con ciertos cánceres humanos (véase HTLV), y se sospecha de algunas formas de papovavirus. Hay evidencias, cada vez mayores, de virus que podrían estar implicados en algunos tipos de cáncer, en enfermedades crónicas, como la esclerosis múltiple, y en otras enfermedades degenerativas. En la actualidad, se continúan descubriendo virus responsables de enfermedades humanas importantes. La mayoría pueden aislarse e identificarse con los actuales métodos de laboratorio, aunque el proceso suele tardar varios días. Uno de ellos es el rotavirus que causa la gastroenteritis infantil. El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) está formado por un nucleoide envuelto en una matriz proteica que a su vez está encerrada por una envuelta lipídica. El nucleoide contiene el material genético del virus y la enzima transcriptasa inversa, necesaria para la replicación vírica. Las glicoproteínas transmembrana gp 41 y de la envuelta gp 120, enlazadas con la envuelta vírica, permiten al VIH acoplarse y fundirse con la célula diana. RESPONDER: 01.- Los virus son parásitos intracelulares obligados compuestos por Ácidos Nucleicos (ARN o ADN) y: a) proteínas d) Sales b) Glúcidos e) Vitaminas c) Lípidos 02.- Son vías de contagio del VIH, excepto: a) Sangre con sangre b) Sangre con semen c) Semen con fluido vaginal d) De madre a hijo durante el embarazo, el parto o durante la lactancia.

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e) Saliva con saliva 03.- Dibuja un virus y señala sus partes. 04.- Son características de los virus, excepto: a) Ultramicroscópicos b) Termosensibles c) Plásticos d) Bacterias e) Parásitos obligados 05.- La partícula viral completa infectante se llama: a) Virión b) Bacteria c) Viroide d) Proteína e) Peplómero 06.- Los viroides son pequeños agentes infecciosos que causan enfermedades a: a) Bacterias b) Animales c) Plantas d) Hongos e) E. Coli 07.- Tipo de virus con cápside de aspecto poligonal de 20 caras triangulares: a) Esférico b) Icosaédrico c) Helicoidal d) Complejo e) Mixto 08.- El virus de la gripe, la viruela, la hepatitis o el virus del SIDA, tienen forma: a) Esférica b) Icosaédrica c) Helicoidal d) Compleja e) Mixta 09.- Los ………......... atacan o parasitan bacterias. a) Fitófagos b) Micófagos c) Bacteriófagos d) Zoófagos e) Macrófagos 10.- El VIH está dentro de la familia de virus: a) Retrovirus b) Flavivirus c) Parvovirus d) Herpesvirus e) Poxvirus 11.- El virus de la papera infecta la glándula salival llamada: a) Sublingual b) Submaxilar c) Parótida d) Amilasa salival e) Bucinador 12.- El virus de la hepatitis B se disemina por: a) Agua contaminada b) Heces c) Contacto sexual d) Vectores e) Saliva 13.- En el ciclo lisogénico de la replicación del virus, la célula hospedera ................... : a) es lisa b) estalla c) revienta d) entra en Go e) no estalla 14.- La AZT (azidotimidina), es ampliamente utilizada en el tratamiento. a) de la rabia b) de la hepatitis c) de la rubeola d) del sarampión e) del SIDA 15.- Proteína no tóxica producida por algunas células animales infectadas con virus que puede proteger a otros tipos de células contra tales infecciones: a) Macrófago b) linfocito c) Neutrófilo d) Monocito e) lnterferón

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MONERA

Procariotas. Cianobacterios, Nostoc, procariotasque contienen clorofila y forman colonias gelatinosas.

1. Reino Monera (actualmente Reino Procariota) Los primeros seres vivos aparecieron sobre la Tierra hace 3 600 millo-nes de años y

fueron las bacterias, de nutrición heterótrofa y respiración anaeróbica pues en la atmósfera primitiva había muy poco oxígeno mo-lecular. A partir de ellas, hace 2 000 millones de años, surgieron las ciano-bacterias, que se dife-renciaban de las primeras en que realizaban foto-síntesis produciendo así grandes cantidades de oxígeno molecular. Esto permitió la aparición de formas de vida aeróbicas.

Tanto bacterias como cianobacterias conforman el reino Monera. Características Los seres vivos del Reino Monera presentan las siguientes peculiaridades: * Son organismos unicelulares de organización procariota. * Son microscópicos. * Algunos forman colonias. * Parte de ellos son heterótrofos y los demás autótrofos. * Se reproducen principalmente en forma asexual por bipartición, aunque algunos

pueden además reproducirse sexualmente por conjugación. Clasificación El Reino Monera es el único Reino del Dominio

Procariota. Contiene dos divisiones: bacterias y cianobacterias.

División bacterial Son los primeros seres vivos que aparecieron en la

Tierra y producen muchas enfermedades cuando invaden a otros seres vivos. Muchos son organismos descomponedores, es decir que descomponen o transforman a los cadáveres (materias orgánicas inanimada) en materia inorgánica, reciclando de esta manera la materia orgánica en inorgánica.

1. Hábitat Las bacterias son orgánicas cosmopolitas, porque

se les encuentra en todos los ambientes: aguas termales, tundras, subsuelo y aire, dentro y fuera de otros seres vivos, inclusive dentro de volcanes y en profundidades marinas.

2. Tamaño Todos son microscópicos, algunos de ellos como las ricketsias miden décimas de

micrómetros (Um)

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3. Forma Es muy variada, existiendo cuatro formas básicas: 3.1. Cocos: “esféricas” 3.2. Bacilos: “alargadas”, “abastonadas” 3.3. Vibriones: “curvadas” 3.4. Espiroquetas: “espiraladas” 4. Locomoción En las bacterias de ambientes fluidos, la locomoción se realiza por la acción de

flagelos, por el número y ubicación de flagelos, las bacterias se llaman: 4.1. Monotricos: tienen un solo flagelo. 4.2. Lofotricos: tienen un grupo de flagelos. 4.3. Anfitricos: tienen dos grupos de flagelos. 4.4. Peritricos: tienen flagelos en todo el cuerpo. 5. Estructura Una bacteria típica presenta: 5.1. Cápsula o vaina Cubierta presente sólo en bacterias patógenas, está constituida a base de derivados

de celulosa y es una barrera contra la fagocitosis. 5.2. Pared celular Cubierta o envoltura constante, gruesa y rígida, protege a la bacteria contra la

presión osmótica; químicamente está formado por peptido-glucano (mureina); en las bacterias GRAM-POSITIVAS, adicionalmente poseen ácido teicoico; en las bacterias GRAM-NEGATIVAS por el contrario encontramos lipoproteínas y lipopolisacáridos.

5.3. Membrana celular Es muy similar a la membrana de todas las células (lipoproteica), con la diferencia

de que carece de colesterol. 5.4. Mesosoma Repliegue o invaginación de la membrana celular, interviene en: * Respiración celular Contiene enzimas respiratorias para la oxidación de moléculas, haciendo las

veces de la mitocondria. * Fotosíntesis En las bacterias AUTÓTROFAS, el mesosoma posee el material necesario para

esta actividad, reemplazando de esta manera a los cloroplastos. El pigmento fotosensible, es la bacterioclorofila.

* Reproducción El mesosoma es la parte más frágil de la bacteria, participando así en la

bipartición. 5.5. ADN Llamado también “cromosoma”, es el genoma y característicamente es: - Único - “Desnudo” (sin histonas) - Circular - Está suelto en el citoplasma 5.6. ARN Son fragmentos que están dispersos en el citoplasma.

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5.7. Ribosoma Organelas desprovistas de membrana, son más pequeños que los ribosomas de las

eucariotas; participan en la síntesis de proteínas. 5.8. Flagelo Apéndice fibrilar empleado para la locomoción y captura de alimentos. 5.9. Fimbrias o Pili Son apéndices cortos y delgados que cumplen dos funciones: - Unirse a otra bacteria para participar en la conjugación (reproducción sexual) - Adherirse a un sustrato (alimento o víctima) 6. Nutrición Existen dos tipos de bacterias: 6.1. Bacterias heterótrofas Corresponde a la gran mayoría de las bacterias, encontrándose entre ellas a las

patógenas. (Las que causan infecciones o enfermedades) 6.2. Bacterias Autótrofas Son muy escasas, particularmente las que realizan fotosíntesis. Poseen como

principal pigmento fotosintético a la bacterioclorofila, y sólo poseen fotosistema I, por tal motivo no liberan O2.

7. Reproducción Se presenta la forma asexual y sexual. 7.1. R. Asexual Se realiza por BIPARTICIÓN que es la forma más sencilla de reproducción. 7.2. R. Sexual Se realiza por CONJUGACIÓN: dos bacterias se juntan y una de ellas transfiere

material genético a la otra bacteria, para luego retornar a cada bacteria, consiguiendo su intercambio genético.

8. Tinción Gram Las bacterias se pueden clasificar a partir del color que adquieren al ser sometidas a una

prueba que desarrolló el médico Hans Christian Gram (1853 - 1938). Esta prueba, conocida como tinción de Gram, clasifica a las bacterias en Gram positivas si se tiñen de púrpura y en Gram negativas si se tiñen de rojo. Esta diferencia refleja las características de la pared celular. Las Gram negativas presentan paredes sencillas ricas en lípidos, las Gram positivas, en cambio, poseen paredes complejas pobres en lípidos y ricas en el peptidoglucano mureína.

Ejm. Gram positivas Streptococcus pneumoniae Staphylococo aureus Staphylococo epidermidis Gram negativas Escherichia coli Haemophylus influenzae Salmonella typhy Algunas enfermedades producidas por bacterias Mycobacterium tuberculosum _________________________________

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Neisseria meningitidis _________________________________ Salmonella Typha _________________________________ Neisseria gonorrheae _________________________________ Treponema pallidum _________________________________ Chlostridium tetani _________________________________ Vibrio cholerae _________________________________ División Cianobacterias Son seres vivos que realizan fotosíntesis oxigénica (productora de oxígeno). Las células resultantes de la división celular pueden mantenerse unidas formando colonias. Muchas pueden alimentarse de N2 atmosférico reduciéndolo a NH3.

1. Hábitat: Las cianobacterias son de vida libre: acuáticos y de ambientes húmedos; en

aguas estancadas forman “capas” superficiales de una colocación “azul - verdosa”. 2. Tamaño: Son microscópicos pero frecuentemente se agrupan formando colonias. 3. Estructura 3.1. Vaina Mucilaginosa, envoltura externa, tiene aspecto “mocoso” y favorece la

formación de colonias. 3.2. Pared Celular, formado por peptidoglucano con agregados de celulosa. 3.3. Membrana celular, semejante al de las bacterias; frecuentemente se invaginan

para formar a las laminillas fotosintetizadoras. 3.4. ADN, similar al de las bacterias. 3.5. Laminillas Fotosintetizadora, como principales pigmentos encontramos a la

clorofila (verde), a la ficocianina (azul) y a la ficoeritrina (rojo). 4. Reproducción: por bipartición Si bien los integrantes del Reino el Monera son estructuralmente muy sencillos, el grupo es extremadamente complejo desde el punto de vista metabólico. Algunas especies son anaeróbicas estrictas (bacterias fermentadoras), otras son anaeróbicas facultativas (pseudomonas) y otras aeróbicas (bacterias fijadoras de nitrógeno). Algunas especies hacen fotosíntesis oxigénica (cianobacterias) y otros fotosíntesis no oxigénica (sulfobacterias), y otras especies autótrofas obtienen su energía de la oxidación directa de compuestos minerales (bacterias quimiosintéticas). Las bacterias heterótrofas pueden aprovechar una gran variedad de sustratos, explicando así el amplio espectro de condiciones ecológicas bajo las cuales pueden subsistir las bacterias. Su variedad metabólica es muy superior a la de los demás reinos.

Las espiroquetas llegan a medir 500 micrómetros de longitud, tamaño enorme por ser procariotas. Tremponema pallidum, del cual aparecen dos ejemplares aquí, es el agente causal de la sífilis. b) Extremo de célula de espiroqueta que ha sido teñida para mostrar la inserción de dos fibrillas del filamento axial. c) Corte transversal de una espiroqueta que muestra las fibrillas del filamento axial entre la membrana celular y la pared celular.

a bc

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2. Reino Protista El Reino Protista se define por exclusión; sus miembros están formados por células eucariotas (no son por tanto moneras) pero no son ni animales, ni plantas, ni hongos, pudiendo tener semejanzas con todas ellas. Constituyen la mayor parte del plancton, que representa el primer eslabón de la cadena alimenticia del mar. Algunos de sus miembros son alimenticios para el humano, como el “yuyo” y el “cochayuyo”. Características Los protistas son organismos de tamaño muy variable, aunque la gran mayoría son microbios. Todos los protistas son acuáticos, algunos son marinos, otros de agua dulce, otras de tierras húmedas y otros vienen en tejidos de organismos con alto contenido acuoso. Clasificación Según la clasificación de Whittaker agrupa a los protozoarios y a las algas. Sub-reino Protozoario Formado por seres unicelulares eucarióticos, la mayoría son microscópicos, pudiendo existir el caso de formas macroscópicas como la Porosfera gigantea. Son de forma variada e incluso algunos como las amebas tienen forma inconstante. 1. Hábitat Su hábitat puede ser: 1.1. Acuático (ameba) 1.2. Tierras húmedas (Trichomona) 1.3. Líquidos corporales (Plasmodium) 2. Nutrición Todos son heterótrofos (nutrición en base a compuestos orgánicos) Sus formas de nutrición son: 2.1. Holozoica: Cuando se nutren de otros protistas. 2.2. Saprobiótica: * Saprofítica: Se alimentan de restos vegetales disueltos en el medio. * Saprozoica: Se alimentan de restos animales. 3. Forma de vida Su forma de vida puede ser: 3.1. Vida libre: Cuando depende directamente de las condiciones del medio ambiente. Ejemplo: Amoeba proteus. 3.2. Comensales: Cuando se ubican en otro ser vivo sin causarle daño. Ejemplo: Entamoeba gingivalis. 3.3. Parásitos: Cuando se alojan en otro ser causando daño. Ejemplo: Isospora hominis (causa la coccidiosis) 4. Reproducción Se reproducen por: 4.1. Esporulación: Plasmodium vivax 4.2. Fisión transversal: Amoeba proteus 4.3. Conjugación: Paramecium caudatum 5. Clasificación Se dividen en 5 Phyla fundamentalmente:

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5.1. Phylum Esporozoarios o Apicomplexa Son protistas parásitos con ciclo biológico complejo, que en algún momento forman

esporas. Ejemplo: Plasmodium falciparum Toxoplasma gondii 5.2. Phylum Sarcodarios o Sarcodinos o Rizópodos Son de cuerpo amorfo, desnudo, a veces revestido de un caparazón quitinoso,

pseudoquitinoso o de materiales extraños cementados entre sí. Todos ellos se desplazan por seudópodos.

Ejemplo: Entamoeba hystolitica Amoeba proteus 5.3. Phylum Ciliados o Ciliophora Son protistas dotados de cilios durante algún momento de su ciclo vital. En algunas

especies los cilios pueden agruparse en haces (cirros) o láminas (membranelas), que pueden actuar como bocas, palas, dientes o pies.

Presentan dos tipos de núcleos muy distintos, un pequeño micronúcleo (para sus

“procesos sexuales”) y un macronúcleo de mayor tamaño (para el crecimiento y la reproducción). A menudo se hallan varios núcleos de cada tipo.

Los ciliados son los protistas unicelulares de vida libre más complejos, se

reproducen normalmente por fisión longitudinal binaria y además son capaces de reproducirse por conjugación, intercambiando los micronúcleos de un individuo van los de otro.

Ejemplo: Balantidium coli Paramecium caudatum 5.4. Phylum Mastigóforos o Flagelados Son protistas provistos de uno o más flagelos durante todo su ciclo de vida; tienen

una sola clase de núcleo. Ejemplo: Giardia lamblia Leishmania braziliensis 5.5. Phylum Opalinidas Son protistas parásitos del intestino de sapos y ranas. Antiguamente se consideraban a los protozoarios como seres vivos perteneciente al

Reino Animalia (animales unicelulares) 6. Protozoarios patógenos: Son los que producen enfermedades con o sin signos clínicos.

Algunos de estos son: * Plasmodium malarie: Paludismo. * Tripanosoma cruzi: mal de chagas. * Tripanosoma gambiense: enfermedad del sueño. * Giardia lamblia: giardiasis. * Balantidium coli: balantidiasis. * Isospora hominis: coccidiosis. * Trichomona vaginalis: tricomoniasis. * Entamoeba histolytica: disentería amebiana. * Toxoplasma gondii: toxoplasmosis. * Leishmania braziliensis: uta (espundia). * Leishmania tropica: botón de Oriente. * Leishmania donovi: Kalazar

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Sub-reino Algas Son organismos eucariotas unicelulares o coloniales (viven en grupos). Algunos son pluricelulares. Sin cuerpo es indiferenciado, sin raíces, tallos, ni hojas; estando reducido a una especie de masa vegetativa llamada talo. Muchos presentan pigmentos a los cuales deben sus colores (clorofila, ficoeritrina, ficofeiría, etc) algunos, incluso poseen flagelos. No se conocen formas patógenas para el humano. 1. Hábitat Viven en medios acuáticos, ya sean marinos o dulce-acuícolas. 2. Nutrición Es autótrofa en la mayoría (realizan fotosíntesis) y mixótrofa en algunas (autótrofa y

heterótrofa). 3. Reproducción Se reproducen sexualmente. 4. Clasificación Se divide básicamente en 6 divisiones. 4.1. División Euglenofitas (otros autores las consideran mastigóforos) Son algas que poseen clorofila por lo que realizan fotosíntesis. Sin embargo, bajo

condiciones adecuadas pueden además alimentarse heterotróficamente, por lo que se dice que poseen nutrición mixótrofa (autótrofa y heterótrofa).

Ejemplo: Euglena viridis 4.2. División Crisofitas (algas doradas) Son organismos unicelulares autótrofos cuya pared celular está constituida por

sílice retienen gran cantidad de agua por lo que se utilizan en la industria de los explosivos para transformar pólvora. Muchas forman parte del fitoplancton.

Ejemplo: Navicula sp Gonyaulex sp Diatomeas 4.3. División Pirrofitas (algas de fuego) Son autrótrofas, algunas especies son venenosas. Algunas forman parte del

fitoplancton. Ejemplo: Ceratium sp 4.4. División clorofitas (algas verdes) Son autótrofos, presentan una gran cercanía evolutiva con las plantas, poseen sus

mismos pigmentos. Ejemplo: Ulva costata Closterium sp Spyrogyra sp Pediastrum sp 4.5. División Rodofitas (algas rojas) Son autótrofas y multicelulares. Poseen el pigmento ficoeritrina (de color rojo) Ejemplo: Gigantina chamissoi Gilidium sp Chondrus sp 4.6. Feofitas (algas pardas) Son algas pluricelulares autótrofas que poseen como pigmento fucoxantina, de

color pardo. Ejemplo: Sargassum sp Lammaria sp Fucus sp

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Fotomicrografía electrónica de barrido de la sarcodina Amoeba proteus, organismo unicelular que se llama así por Proteo, dios griego que cambiaba de forma a voluntad. Las amebas utilizan sus seudopodios ("falsos pies") para moverse y capturar presas.

a b c d

Línea volvocina a) alga unicelular b) Colonias de . Cada una consiste en una masa escutiforme de células semejantes a Chlamydomonas, unidas en una masa gelatinosa. c) en que las células individuales forman una colonia

Chlamydomonas GoniumPandorina oviforme. d) , alga colonial. Cada

colonia consiste en centenares o millares (según la especie) de células biflageladas individuales de color verde intenso, unidas entre sí por finos filamentos de citoplasma. Cada colonia forma una esfera hueca que gira en el agua a merced a las pulsaciones coordinadas de los flagelos. Las colonias hijas se forman dentro de la colonia madre. En esta fotomicrografía se ven muchas de estas combinaciones de madre e hijas. es el miembro más grande y más complejo de esta línea evolutiva.

Volvox

Volvox

vacuolocontráctil

micronúcleos

vacuoloalimenticio

vacuolocontractil

poro anal

vacuoloalimenticio

cavidad bucal

surco oral

macronúcleo

Dibujo de un Paramecium, que es un ciliado. El cuerpo de este p rot ist a está cubierto por completo por cilias 9 + 2, aunque sólo se i lust ran re la tivam ente pocas. Lo mismo que otros ciliados, Paramecium se alimenta con preferencia de b a c t e r i o s , d e mi c r o - organismos más pequeños y de otras partículas. Las pulsaciones de las cilias especializadas propulsan las partículas hacia la cavidad bucal, donde se convierten en vacuolos alimenticios que entran en el citoplasma. El alimento se digiere en los vacuolos y la materia no digerida, todavía en los vacuolos sale al exterior por el poro anal. Los vacuolos contráctiles sirven para eliminar exceso de agua de la célula.

PROTISTA

Protistas. Vorticella, lo mismo que la mayoría de los prosistas, es una sola célula que se incerta en un sustrato por medio de un largo pedúnculo. Una fibra contráctil, visible en esta fotomicrografía, corre por todo el pedúnculo.

Sub-reino Protozoarios: - Phylum Esporozoarios: Ejm.: Toxoplasma gondii (Toxoplasmosis), Plasmodium vivax

(malaria) - Phylum Sarcodarios: Ejm.: Entamoeba hystolitica (Disenteria Amebiana), Amoeba proteus

(vida libre). - Phylum Ciliados: Ejm.:

Balantidium coli (Disentería Balantidiana), Paramecium caudatum (vida libre)

- Phylum Mastigóforos: Ejm.: Tripanosoma cruzi (Mal de Chagas), Trichomona vaginalis (Tricomoniasis).

- Phylum Opalinidas: Ejm.: Parásitos del intestino de sapos y ranas.

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Paredes que contienen sílice de a) una diatomea y b) un alga dorada, vistas con el microscopio electrónico de barrido. Cada especie de diatomea tiene su trama característica de perforaciones en las paredes. Las delicadas marcas de estas conchas, mediante las cuales se identifican las especies, fueron utilizadas tradicionalmente por los microscopistas para verificar el poder de resolución de los objetivos.

a b

Las conchas externas o capa- razones características de ciertos grupos de sarcodinas. a) El caparazón de brillante colorido de Arcella dentada consiste en un material proteináceo secretado por el organismo. b) Concha de un foraminífero. Además de unas 7 000 especies vivientes de foraminíferos, hay 33 000 extinguidas que sólo se conocen por sus conchas fosilizadas.

a b

Sub-reino Algas: - División Euglenofitas: Ejm.: Euglena viridis. - División Crisofitas (algas pardas): Ejm.: Forman parte del fitoplancton como Gonyaulex,

Navicula, Diatomeas. - División Pirrofitas (algas de fuego) - División Clorofitas (algas verdes): Ejm.: Ulva costata. - División Rodofitas (algas rojas): Ejm.: Gigartina chamissoi. - División Faeofitas (algas pardas): Ejm.: Sargassum.

Diatomeas, crisofitas. a) Vista lateral que muestra la concha característica con sus intrincadas marcas. b) Tipo en pildorero visto desde arriba y de costado. Nótese que una célula se está dividiendo. cada nueva célula recibe la mitad del "pildorero" y luego construye la otra mitad. Cuando esta célula más pequeña se divide, una de sus células hijas, a su vez, es más pequeña todavía. Una vez que el tamaño de la células individuales se reduce a un 30% del diámetro máximo característico de la especie, puede desencadenarse un ciclo sexual. La prole, que entonces adquiere su tamaño completo, experimenta luego una nueva serie de divisiones celulares.

a b

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3. Reino Fungi Restos fósiles confirman que los primeros hongos aparecieron hace aproximadamente 800 millones de años en la era Paleozoica. Son fundamentales para la descomposición de la materia orgánica en inorgánica y conjuntamente con muchas bacterias contribuyen al equilibrio ecológico de la naturaleza. Carecen de clorofila y medios de locomoción. Características Los hongos son seres vivos, con las siguientes características: * Tienen organización celular de tipo eucariota. * Algunas son unicelulares, microscópicos (“levaduras”), otros son pluricelulares,

macroscópicos (“setas”). * La célula fúngica tiene pared celular de tipo quitinosa, carece de plastidos. * Son heterótrofos, siendo su nutrición de tipo absortiva, almacenan como sustancia de

reserva glucógeno; muchos otros hongos son parásitos. * Se reproducen asexualmente por esporulación o gemación. También presenta

somatogamia, reproducción sexual por fusión de células sexuales. Clasificación Se clasifican en dos divisiones fundamentalmente: 1. División mixomicota o mohos del légamo. 2. División eumicotas u hongos verdaderos. 1. División Mixomicotas Constituida por los llamados mohos del légamo. Los mixomicotas, son considerados como los hongos más sencillos, donde su estructura

corporal consta de una masa citoplasmática multinucleada llamada Plasmodio que puede llegar a medir más de un metro de longitud. Se “arrastra”, capturando sus nutrientes: “bacterias”, “levaduras” y materia orgánica descompuesta.

1.1. Hábitat Son de ambiente oscuro, húmedos, viven sobre materia orgánica en estado de

descomposición, donde forman unas masas planas de consistencia mucilaginosa (“mocosa”).

1.2. Reproducción Llegada la adultez, el plasmodio forma un esporangio donde se forman esporas

móviles llamadas mixoamebas que se transforman en células sexuales. Ocurrida la fecundación se forma el cigote cuyo núcleo sufre múltiples cariocinesis formándose así el plasmodio joven, luego el adulto.

Ejemplo: Mohos plasmodiales Mohos celulares 2. División Eumicota Incluye a los llamados “hongos verdaderos”, los que conjuntamente con las bacterias se

encargan de transformar y reciclar la materia orgánica al mundo inorgánico. Algunos de ellos como el Penicillium notatum son fuente de antibióticos y otras sustancias de utilidad para el hombre. Así el hongo Agaricus campestris (“Champiñón”) es empleado en la alimentación humana. Tenemos también a los hongos del género Sacharo-myces (“levaduras”) que realizan la fermentación necesaria para la fabricación de cerveza, whisky, vino, chicha de jora e incluso en la industria panificadora.

Existen, por otro lado, hongos de esta división que pueden provocar enfermedades y

envenenamiento, como el Tricophyton rubrum que produce el “pie de atleta”, Tricophyton tonsurans que produce la “tiña”, etc.

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2.1. Estructura de los hongos eumicotas En la eumicota pluricelulares, las células fúngicas se ordenan formando filamentos

tubulares más o menos ramificados llamados Hifas (Unidad estructural de los hongos). Existen dos tipos de hifas:

* Cenocíticas: sin tabicar * Tabicadas: segmentadas Las hifas se entrecruzan formando al micelio que viene a ser todo el cuerpo del

hongo. En el micelio se pueden distinguir dos clases de hifas: * Rizoides: Propio de hongos saprófago. Sus hifas sólo sirven de soporte y

absorción de nutrientes. * Haustorios. Propio de hongos parásitos. Sus hifas penetran al cuerpo vivo de su

víctima de donde absorben nutrientes. 2.2. Nutrición Son heterótrofos. Su nutrición es típicamente de tipo absortiva, para lo cual

secretan enzimas digestivas sobre su alimento o víctima. Dichas enzimas realizan una predigestión extracelular, para que luego lo predigerido sea absorbido por el hongo.

Existen hongos: * Saprófagos. Se nutren de materia orgánica en descomposición. * Parásitos. Provocan daño a su víctima, para obtener sus nutrientes. * Simbióticos. Se asocia con algas o raíces de plantas a quien les proporciona

nutrientes para su desarrollo. 2.3. Reproducción Representan formas asexuales y sexuales. 2.3.1 Reproducción Asexual Puede ocurrir por: * Gemación: mediante la formación de brotes o gemas. Ejemplo: “levaduras” * Esporulación: mediante la formación de esporas dentro de los esporangios. Ejemplo: “moho negro del pan”. 2.3.2. Reproducción Sexual Las células sexuales se forman en órganos especiales llamados gametangios. Presentan isogamia, heterogamia y somatogamia. Esta última ocurre cuando se

unen hifas de individuos diferentes. 2.4. Clasificación Se les divide en cuatro clases, teniendo en cuenta el tipo de hifa y el tipo de

reproducción. 2.4.1 Clase Ficomicotas También llamados “hongos algales” y “hongos filamentosos”. Poseen hifas

cenociticas y el producto de la reproducción sexual es la cigospora. Una forma común es el “moho negro del pan” (Rhizopus nigricans). El pan se

“enmohece” cuando cae sobre él una espora del moho negro. La espora germina y se desarrolla hasta formar una masa entrelazada de filamentos, el micelio. Algunas de sus hifas desarrollan rizoides que penetran en el pan del que obtienen su sustento. Otras hifas son horizontales y son llamadas esfolones.

Luego varias hifas crecen hacia arriba y dan lugar en un extremo a un Esporangio, que es un saco que contiene las esporas.

2.4.2 Clase Ascomicotas También llamados “hongos con ascas o de saco”. Forman la clase más amplia

de los hongos. Su nombre se debe a que las esporas se producen dentro de unas bolsas o sacos llamados ascos.

Cada asco produce entre 2 a 8 ascosporas. Pueden ser unicelulares como las “levaduras” que no forman hifas y por lo

tanto no tienen micelio y se reproducen asexualmente por gemación. Pueden ser pluricelulares que presentan hifas con septos o tabiques por donde fluye el

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citoplasma de células adyacentes. Estos hongos pluricelulares pueden reproducirse asexualmente por esporas que se forman en las conidios que son los extremos de los conidióforos, o sexualmente por un proceso de fertilización que consta de dos etapas:

1. Plasmogamia Es la mezcla de citoplasma y núcleos de un anteridio masculino y un

gametangio femenino, resultando células binucleadas. 2. Cariogamia Luego de la plasmogamia, ocurre la fusión de núcleos. El asco resultante

tiene un núcleo 2n y la meiosis generalmente seguida de la mitosis forman 8 ascosporas haploides.

Ejemplo: Neurospora crassa Claviceps purpurea Saccharomyces cerevisae Saccharomyces carlensis 2.4.3. Clase Basidio Micotas Poseen hifas tabicadas. Su órgano de reproducción sexual es la basidia, donde

se forman las esporas sexuales llamadas basidiosporos. Se desarrollan a partir de una basidia. Ésta es una célula hifal grande que

contiene 4 basidiosporas, una vez libres producen micelios si el medio es adecuado. El cuerpo de este hongo está formado por el micelio que es el conjunto de hifas entrelazados. El micelio contiene rizaides que penetran en el terreno húmedo, el pedicelo que culmina con el sombrerito llamado pileo. En la cara interna del pileo se encuentran las laminillas que se disponen radialmente y que contienen a los basidios y estos a su vez a las basidiosporas, que son millones y que en determinado momento pueden caer en terrenos húmedos, adecuados para la formación de nuevos micelios.

También pueden reproducirse sexualmente, para lo cual realizan plasmogamia y

cariogamia. Ejemplo: Amanita verna Agaricus campestris Conocybe Amanita muscaria 2.4.4 Clase Deuteromicotas También llamadas “hongos imperfectos”. El nombre de imperfectos se debe a que

en ellos no se ha detectado la forma sexual de repro-ducción, además todos sus representantes son típicamente parásitos.

Ejemplo: Rhizoctonia (parásito de plantas) Tricophyton rubrum (causa el “pie de atleta”) 3. Asociaciones Simbióticas Una simbiosis, es una asociación entre individuos de especies diferentes, donde producto

de dicha asociación ambos individuos se benefician. Ejemplo: Líquenes = alga + hongo: Asociación simbiótica entre algas (clorofitas o cianobacterias) y hongos (ascomicotas o

basidiomicotas); donde el hongo se nutre de la producción elaborados por el alga y a cambio el hongo da protección y humedad.

104

Nuestro mundo, tal como lo conocemos ahora, tiene una enorme diversificación de vida, la base de le cual son las plantas verdes. ¿Qué son las plantas? Las plantas son organismos eucariontes, multicelulares, autótrofos fotosintéticos, cuyas células poseen pared celular de celulosa y almacenan almidón en el interior de sus plastidios. Su importancia radica en que producen oxígeno atmosférico; son fuente de alimento para los organismos heterótrofos, sirven de albergue para diferentes organismos como insectos y aves; además es importante su aporte en sustancias medicinales, esencias, resinas, etc.

Partes de la planta: Los órganos de las plantas con flores son la raíz, el tallo, las hojas, las flores y los frutos; los tres primeros cumplen la función de nutrición y los dos órganos restantes, de reproducción.

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LA RAÍZ La raíz es el órgano que sirve para fijar la planta a la tierra y absorber las materias primas que necesita para elaborar sus alimentos. Tiene geotropismo positivo y fototropismo negativo. Partes: En la raíz se distinguen las siguientes partes: 1. El cuello, es la parte superior donde la raíz se

une al tallo. 2. La raíz principal o primaria, es el eje o cuerpo

principal de la raíz. 3. La zona pilífera, es la zona por donde se realiza la absorción de agua y sales minerales. 4. La cofia, es la punta perecida a un casquillo en que termina la raíz. Protege al extremo,

que es la zona de crecimiento. 5. Las raíces secundarias, son las que salen de la raíz primaria a modo de ramas

subterráneas. Tipos de Raíces Se clasifican según su forma y su situación: I. Por su forma. Pueden ser: 1. Pivotantes, la raíz primaria es única y de ella nacen las raíces secundarias. Ejemplo: la

alfalfa. 2. Fasciculadas, la raíz primaria es ramificada, tal es el caso del trigo. 3. Tuberosas, almacenan sustancias alimenticias, como la zanahoria, nabo, rabanito, yuca,

etc. II. Por su situación. Pueden ser: 1. Subterráneas, acuática o aéreas, según estén en la tierra, en el agua o en el aire. 2. Raíces adventicias, son las que nacen del tallo o de las ramas. Sirven a la planta paro

adherirse o reproducirse. Ejemplo: le hiedra.

Funciones: 1. Fijación, fija la planta al suelo; cuanto mayor sea el tallo, más desarrollada será la raíz. 2. Absorción, absorbe el agua y sales minerales penetrando por los pelos absorbentes. 3. Reserva, almacena sustancias de reserva acumulando grandes cantidades de almidón

como en la yuca.

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EL TALLO El tallo es la parte de la planta que crece en sentido contrario a la raíz, por tanto tiene geotropismo negativo y fototropismo positivo. Del tallo salen las ramas, hojas, flores y frutos. Partes: En el tallo se distinguen las siguientes partes: 1. Nudos, son puntos abultados por donde nacen las hojas. 2. Entrenudos, son los espacios entre dos nudos. 3. Ramas, son ramificaciones que nacen de las yemas

axilares. 4. Yemas, son brotes sin desarrollar. Pueden ser: yemas

terminales, situadas en los extremos de las ramas, es por donde se produce el crecimiento del tallo, y yemas axilares, que se encuentran en las axilas de las hojas y al desarrollarse producen ramas.

Clases: Los tallos se clasifican: III. Por su forma. En: 1. Troncos, si es leñosa, gruesa y ramificado. Ejemplo: el cedro. 2. Estipe, si son cilíndricos, sin ramas y terminados en un gran penacho de hojas. Ejemplo:

la palmera. 3. Cañas, si son cilíndricos, con nudos y entrenudos. Ejemplo: la ca[a de azúcar. 4. Bulbos, en forma de disco, del que nacen hojas carnosas. Ejm: la cebolla. 5. Tubérculo, tallo subterráneo de forma globosa. Ejemplo: la papa. 6. Rizoma, son subterráneos y crecen horizontalmente. De la parte alta del tallo salen las

hojas y de la porte baja las raíces. Ejemplo: el jengibre. IV. Por su situación. En: 1. Aéreos, cuando están al aíre libre, como la mayoría de los tallos de árboles, arbustos y

hierbas. 2. Subterráneos, cuando los tallos se desarrollan bajo la tierra, como la cebolla, la papa. V. Por su consistencia. En: 1. Leñosos, cuando el tallo es duro y consistente. Ejm: la caoba. 2. Carnoso, cuando el tallo es blando y cargado de agua. Ejm: el cactus 3. Herbáceo, cuando el tallo es blando y flexible. Ejm: el arroz. Funciones: 1. Conducción, se efectúa a través de los vasos liberianos que recorren el tallo. La savia no

elaborada que va desde la raíz asciende por los vasos le[osos del tallo hasta las hojas. En las hojas la savia es transformada en savia elaborada, la cual es llevada par los vasos liberianos al resto de la planta para su nutrición.

2. Sostén, consiste en sujetar y exponer a la luz y el aire las flores, hojas y frutos. 3. Reserva, parte de la sustancia ni

utilizada quede acumulado en forma de almidón, sustancia grasa, látex, resina, etc.

LA HOJA Las hojas son órganos que nacen del tallo o ramos. Su forma es plena, parecido a una lámina, con una gran superficie expuesta a la luz solar que les permita captar gran cantidad de energía luminoso.

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Esta energía es utilizada por la planta para sintetizar su propio alimento. Generalmente son de color verde debido a una sustancia llamada clorofila, que se encuentra en forma abundante en los cloroplastos. Son, por tanto, los órganos de nutrición más importantes del vegetal. Partes: En la hoja se distinguen tres partes: el limbo, que es la porte plana; el pecíolo, que es la parte estrecha por donde se une al tallo y la vaina, que es la porte ensanchada del pecíolo y que se adhiere al tallo. Clases: El aspecto y disposición de las hojas son caracteres usados para su clasificación. Así tenemos: 1. Según la nervadura, en paralelinervia, curvinervia, uninervia, pinnatinervia y

palminervia.

2. Según la forme del limbo, en orbicular, acicular, ovada, deltoide, espatulada, falciforme, acorazonada, lanceolada, aflechada, oval, etc.

3. Según el borde, en lobulada, partida, entera, aserrada, denrada, festonada. 4. Según la inserción en el tallo, alternas, fasciculadas, verticiladas, apuestos. 5. Según la composición del limbo, imparipinnada, bipinnada, palmeada, simple, etc. 1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 Funciones 1. Respiración, por medio de ellas las plantas absorben oxígeno del aíre y expulsan dióxido de carbono. 2. Función clorofílico, en las partes verdes de la planta el agua es descompuesta en hidrógeno y oxígeno por acción de la luz y de la clorofila. El oxígeno sale a la atmósfera y el hidrógeno se une al dióxido de carbono del aire, dando sustancias que sirven de alimento a la planta, o de reserva, como los azúcares, almidón, etc LA FLOR La flor es el órgano de reproducción sexual de los angiospermas, en realidad se trata de un conjunto de hojas modificadas llamadas antófilas. Se encarga de la formación de gametos, de la fecundación y de la formación del fruto y la semilla.

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Reino animal Los animales son organismos que se caracterizan porque la mayoría son capaces de moverse y responder a un estimulo; también son heterotróficos, es decir, que para alimentarse lo hacen de otros organismos (plantas u otros animales). Todos los animales no son iguales, varían en tamaño, forma, cubierta de la piel, alimentación, lugar en que viven, etc. También se distinguen unos de otros por la manera de nacer, y según tengan o no esqueleto. Los animales propios de una región constituyen su fauna. El conjunto de animales que existen en la naturaleza forman el reino animal. Inclusive el hombre pertenece a este reino.

Características de los animales Las características fundamentales de los animales, son las siguientes: a) Poseen forma y tamaño característicos. b) Están constituidos por unidades fundamentales llamadas células. c) Son capaces de moverse, se desplazan en busca de alimento, protección, para reprodu-

cirse, etc. d) Tienen crecimiento limitado, que culmina en la edad adulta; otros sufren metamorfosis. e) Se reproducen, dando origen a nuevas formas vivientes semejantes a los padres. f) Su organización interna es muy compleja; poseen muchos órganos y aparatos. g) Su esqueleto puede ser interno, externo o pueden carecer de el. h) La respiración, es pulmonar, branquial, traqueal o cutánea. Puede ser aeróbica o

anaeróbica. i) La reproducción, puede ser sexual (vivíparo, ovíparo, ovovivíparo), asexual (brotes,

yemas, división). j) El cuerpo puede estar revestido de membranas, pelos, placas, escamas, plumas; puede

ser liso o desnudo.

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Los animales han evolucionado a partir de antecesores protistas unicelulares. Tienen nutrición heterótrofa y para hacerlo digieren sus alimentos, son pluricelulares, generalmente se trasladan de un lugar a otro y son los organismos más complejos y evolucionados ya que poseen mecanismos sensoriales y neuromotores. Se clasifican en dos grandes grupos: los invertebrados y los vertebrados, agrupados en los siguientes filums. Filum Poríferos Son animales marinos, muy primitivos y sencillos, viven fijos en las rocas. No tienen órganos ni partes movibles y tienen muchos poros en su cuerpo para la entrada y salida del agua con alimentos. A este grupo pertenecen las esponjas. Filum Celentéreo Son de vida acuática, su cuerpo tiene forma cilíndrica y alrededor de la boca posee tentáculos con células que inyectan sustancias urticantes. Se agrupan en las siguientes clases: Hidrozoos (hydra), Escifozoos (medusa) y Antozoos (anémonas de mar). Filum Platelminto Son gusanos planos, blandos y no segmentados de simetría bilateral. Tienen sistema digestivo incompleto y respiración cutánea. Son hermafroditas y la mayoría, parásitos. Ejemplo: las tenias o solitarias. Filum Nematelminto Son gusanos cilíndricos, de cuerpo delgado y no segmentado. Poseen el tubo digestivo completo y son unisexuales. Muchos son parásitos del hombre, como la lombriz intestinal, la triquina, los oxiuros. Filum Anélido Son gusanos cilíndricos y segmentados, provistos de quetas para la locomoción. Tienen sistema digestivo completo y presentan sistema circulatorio. Son hermafroditas. Ejemplo: la lombriz de tierra, las sanguijuelas. Filum Molusco Generalmente son animales acuáticos y la mayoría marinos. Su cuerpo blando está protegido por una concha externa muy dura (de carbonato de calcio), que es segregado por el manto. Poseen sistema digestivo, respiratorio, circulatorio y nervioso. Presenta las siguientes clases: Gasterópodos (caracoles), Bivalvos (choros), Cefalópodos (pulpos), Escafópodos (colmillo de mar). Filum Artrópodo Son los más numerosos del reino animal, viven en cualquier ambiente. El cuerpo está segmentado en cabeza, tórax y abdomen y tanto el cuerpo como las patas están articulados. Poseen un esqueleto externo de quitina con mudas periódicas. Presenta cuatro clases: 1. Clase Insecta El cuerpo del insecto está dividido en cabeza, tórax y abdomen, posee un par de antenas y tres pares de patas, en ocasiones uno o dos pares de alas. Ej.: abejas, hormigas, mariposas, etc. 2. Clase Arácn¡dos

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No tienen antenas ni alas, poseen cuatro pares de patas, su cuerpo está dividido en cefalotórax y abdomen. Ejm: escorpiones, arañas. 3. Clase Crustáceos Son acuáticos, tienen dos pares de antenas y cinco o más pares de patas, su cuerpo se divide en cefalotórax y abdomen. Ejm: cangrejo, langostino. 4. Clase Miriépodos Su cuerpo está dividido en cabeza y tronco, poseen un par de antenas y varios pares de patas. Ejm: los ciempiés. Filum Equinodermo Presentan simetría radial y cuerpo no segmentado, son marinos y respiran por branquias. Poseen dentro del cuerpo un sistema de tubos que al llenarse de agua les permite moverse y para desplazarse cuentan con tentáculos que terminan en ventosas. Tienen esqueleto externo calcéreo formado por espinas o aguijones. Ejemplo: estrellas y erizos de mar. Filum Cordado Son los animales más evolucionados. Presentan simetría bilateral y poseen columna vertebral. Se diferencian en cinco clases: 1. Clase peces Son animales acuáticos, se movilizan gracias a sus aletas, respiran por branquias y su cuerpo está cubierto por escamas. Hay dos tipos de peces: los condrictios o peces cartilaginosos, se caracterizan por tener una boca ventral como el tiburón y, los osteoictios o peces óseos, cuya boca es terminal como el bonito. 2. Clase anfibios De vida juvenil acuática y respiración branquial; pasan al estadío adulto mediante una metamorfosis, adaptándose al medio terrestre, teniendo respiración pulmonar y cutánea. Presentan la piel desnuda. Ejemplo: ranas, sapos, salamandras, etc. 3. Clase reptiles Son animales terrestres, ponen huevos con cubiertas calcáreas, Su cuerpo está cubierto de escamas duras de naturaleza córnea. Son llamados poiquilotermos o de sangre fría, juntamente con los peces y anfibios. Su respiración es pulmonar. Ejemplo: tortugas, lagartos, culebras, caimanes, etc. 4. Clase aves Son los únicos animales con plumas, están adaptados al vuelo, todos son ovíparos; están considerados como descendientes directos de los reptiles. Las extremidades anteriores convertidas en alas y las posteriores en patas. Son de sangre caliente. Ejemplo: Tenemos al avestruz (corredora), al águila (voladora). 5. Clase mamíferos Sus características principales son: presencia de pelos y glándulas mamarias así como también piezas dentales especializadas (incisivos, caninos, premolares y molares). Al igual que las aves son homeotermos y de respiración pulmonar. La mayoría son vivíparos y las hembras desarrollan las mamas para alimentar a sus crías.

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PRINCIPALES GRUPOS DE MAMÍFEROS La principal diferencia entre los mamíferos, es la presencia o no de placenta. Presentamos a continuación las órdenes más importantes en que se agrupan los mamíferos. * Monotremas Presentan caracteres muy primitivos como la cloaca y la reproducción por huevos. Carecen de dientes y presentan un pico córneo. Ejemplo: el ornitorrinco. * Marsupiales Algunos presentan todavía una cloaca reducida, pero todos son vivíparos. En algunos casos las crías deben completar su desarrollo en el interior de una bolsa llamada marsupio. Ejemplo: canguros, koalas. * Desdentados No poseen dientes y poseen una lengua larga y pegajosa para alimentarse principalmente de hormigas. Ejemplo: oso hormiguero, armadillo. * Insectívoros Tienen el hocico largo y puntiagudo, numerosos dientes. Ejemplo: topos, erizos. * Carnívoros Poseen mandíbulas potentes con dientes puntiagudos, tienen muy desarrollados los sentidos de la vista, el olfato y el oído. Ejemplo: tigres, leones. * Roedores Poseen dos incisivos en cada mandíbula que tiene un crecimiento continuo. Son pequeños y gregarios. Ejemplo: ardillas, ratones. * Quirópteros Excelentes voladores, provistos de una amplia membrana entre las patas y la cola. Generalmente nocturnos, se orientan y localizan sus presas con ayuda de ultrasonidos que emitan. Ejemplo: vampiros. * Lagomorfos Parecidos a los roedores, con dos pares de incisivos. Ejemplo: conejos, liebres. * Sirenios Mamíferos con las extremidades anteriores convertidas en patas y con una cola horizontal. Ejemplo: las vacas marinas, * Cetáceos Mamíferos que han regresado al medio acuático, han transformado sus extremidades anteriores en aletas y han perdido las posteriores. Ejemplo: ballenas, delfines. * Artiodáctilos

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Adaptados a la carrera, con patas provista de dos a cuatro dedos terminados en pezuñas. Ejemplo: jabalíes, jirafas, gacelas, hipopótamos, cabras, etc. * Perisodáctilos Adaptados a la carrera, con las patas provista de uno a tres dedos, finalizando en pezuñas. Ejemplo: caballos, rinocerontes. * Proboscídeos De cuerpo voluminoso, con la nariz y labio superior fusionados en una trompa. La piel es gruesa y tienen los colmillos muy desarrollados. Ejemplo: los elefantes. * Primates Tienen cuatro extremidades muy desarrolladas para la vida arborícola o en el suelo, y manos adaptadas para recoger objetos. Sociales, algunos con notable desarrollo psíquico. Ejemplo: chimpancés, la especie humana.

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ECOLOGÍA

1. INTRODUCCIÓN Todos los seres vivos tienen una manera de vivir que depende de su estructura y

fisiología y también del tipo de ambiente en el que viven, de manera que los factores físicos y biológicos se combinan para formar una gran variedad de ambientes en distintas partes de la biósfera. Así, la vida de un ser vivo está estrechamente ajustada a las condiciones físicas de su ambiente y también a las bióticas, es decir a la vida de sus semejantes y de todas las otras clases de organismos que integran la comunidad de la cual forma parte.

La ecología se ocupa del estudio científico de las interrelaciones entre los organismos y sus ambientes, y por tanto de los factores físicos y biológicos que influyen en estas relaciones y son influidos por ellas. Pero las relaciones entre los organismos y sus ambientes no son sino el resultado de la selección natural, de lo cual se desprende que todos los fenómenos ecológicos tienen una explicación evolutiva.

El prefijo eco deriva de la voz griega oikos que significa "casa" o "lugar para vivir", y

logía (= logos) es literalmente el estudio de organismos "en su hogar", en su medio ambiente nativo. El término fue propuesto por el biólogo alemán Ernst Haeckel en 1869, pero muchos de los conceptos de ecología son anteriores al término en un siglo o más.

Los grupos de organismos pueden estar asociados en tres niveles de organización ecológica: poblaciones, comunidades y ecosistemas (Figura 1).

Figura 1. En el uso ecológico, una población es un grupo de organismos que pertenecen a la misma especie, viven en un mismo lugar (hábitat) y lo hacen al mismo tiempo (coexisten). Una comunidad en el sentido ecológico, comprende todas las poblaciones que ocupan un área física definida e interactúan desde el punto de vista de la transferencia de materia y energía. La comunidad (componente biótico), junto con el medio ambiente físico inerte (componente abiótico) componen un ecosistema.

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El ecólogo estudia problemas como: quién vive a la sombra de quién, quién devora a quién, quién desempeña un papel en la propagación y dispersión de quién, y cómo fluye la energía de un individuo al siguiente en una cadena alimentaria. También trata de definir y analizar aquellas características de las poblaciones distintas de las características de los individuos y los factores que determinan la agrupación de poblaciones en comunidades.

2. POBLACIÓN

Son características de las poblaciones: la densidad, natalidad, mortalidad, migración y la distribución espacial.

���� Densidad. Se refiere al número de individuos por unidad de área o volumen. Algunos métodos

para determinarla son por ejemplo: el censo o conteo total, muestreo, marcaje y recaptura. Es importante considerar que existen diferentes formas de expresar la densidad poblacional.

• Densidad bruta es el número de organismos de la población por unidad de espacio total.

• Densidad específica o ecológica es el número de organismos por unidad de superficie o de volumen que la población puede habitar realmente (hábitat).

Los factores que incrementan la densidad son los nacimientos (natalidad), y la llegada de nuevos individuos (inmigración). Los que la disminuyen son las muertes (mortalidad) y la salida de individuos del lugar geográfico (emigración).

���� Distribución espacial. Corresponde a la forma en que los organismos se dispersan en un área determinada según espacio y tiempo. Según el espacio que ocupan, se pueden reconocer tres tipos: aleatoria, regular y agrupada.

Aleatoria Regular Agrupada

Figura 2. Tipos de distribución espacial

• • •

• • •

• • • • • • • •

115

3

���� Crecimiento Poblacional.

En ecología, el crecimiento poblacional se entiende como un cambio en el número de individuos en función del tiempo.

Figura 3. Factores que afectan el crecimiento poblacional.

Cuando en una población se dan las condiciones óptimas y no hay factores ambientales que limiten su crecimiento (resistencia ambiental), esta puede alcanzar el potencial biótico (r) que se define como la máxima capacidad de crecimiento de una población en condiciones ideales, y se expresa como:

Así, el potencial biótico resulta ser una medida del incremento del tamaño de la población por cada individuo en una unidad de tiempo. Si r es cero, la población se mantiene estable; si es mayor que cero, crece y si es menor que cero, decrece.

� Modelos de crecimiento poblacional y estrategias de vida.

•••• El modelo de crecimiento poblacional típico de poblaciones con alto potencial biótico y donde no hay factores ambientales limitantes, es exponencial (su gráfica resulta en una curva de crecimiento en “J”) (Figura 4), que se caracteriza por un rápido aumento del número de individuos. Son ejemplos de este tipo: el crecimiento de microorganismos en el laboratorio, con constante renovación del medio de cultivo, insectos, roedores (plagas).

En la naturaleza, muchas poblaciones presentan un crecimiento exponencial sólo en la primera parte de su fase de crecimiento, ya que el ambiente limita sus capacidades de expresión. Este conjunto de factores ambientales que limitan el crecimiento poblacional se denomina resistencia ambiental (por ejemplo: escasez de alimento, de espacio, de oxígeno, luz, etc). Esta resistencia determina la capacidad de carga (K), que corresponde al número total de individuos que es capaz de soportar el ambiente. La curva que describe este tipo de crecimiento se conoce como crecimiento logístico o sigmoideo (S) (Figura 5).

r = potencial biótico b = tasa de natalidad d = tasa de mortalidad

INMIGRACION

NATALIDAD

CRECIMIENTO POBLACIONAL MORTALIDAD

EMIGRACIÓN

r = b - d

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Figura 4. Crecimiento de tipo exponencial. Figura 5. Crecimiento de tipo logístico.

•••• Estrategias de vida.

Corresponden al conjunto de las características que influirán principalmente en la supervivencia y en la reproducción de un tipo de organismo y que a la larga determinará su “forma de adaptarse” al ambiente (Tabla 1).

Tabla 1. Estrategias de sobrevivencia

Estrategia “r”

Estrategia “K”

• Mucha prole. • Camada de organismos pequeños. • Maduración sexual temprana. • Escaso cuidado parental. • Un episodio reproductivo. • Crecimiento exponencial

• Poca prole. • Camada de organismos grandes. • Maduración sexual tardía. • Intenso cuidado parental. • Varios episodios reproductivos. • Crecimiento sigmoideo

• Ej: Bacterias, algunos hongos,

flores del desierto (desierto florido, III Región).

• Ej: Árboles, mamíferos.

En el crecimiento logístico, hay una fase inicial en la que el crecimiento de la población es relativamente lento (1), seguido de una fase de aceleración rápida (crecimiento logarítmico) (2). Luego, a medida que la población se aproxima a la capacidad de carga del ambiente, la tasa de crecimiento se hace más lenta (3 y 4) y finalmente se estabiliza (5), aunque puede haber fluctuaciones alrededor de la capacidad de carga.

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5

¿Por qué fluctúa el tamaño de las poblaciones? Entre las influencias que afectan el tamaño y la densidad de una población hay factores limitantes específicos, que difieren en poblaciones diferentes. De importancia crítica es la gama de tolerancia que muestran los organismos hacia factores tales como la luz, la temperatura, el agua disponible, la salinidad, el espacio para la nidificación y la escasez (o exceso) de los nutrientes necesarios. Si cualquier requerimiento esencial es escaso, o cualquier característica del ambiente es demasiado extrema, no es posible que la población crezca, aunque todas las otras necesidades estén satisfechas (Figura 6).

Figura 6. Crecimiento poblacional en distintos rangos de tolerancia. Otros factores que determinan el tamaño poblacional, se relacionan con la densidad, y se clasifican en factores densoindependientes y factores densodependientes. • Los factores densoindependientes son principalmente factores abióticos (huracanes,

terremotos, inundaciones, radiación solar, temperaturas, mareas, incendios, etc), estos factores alteran o modifican el crecimiento en una población, sin embargo, no lo regulan.

• Los factores densodependientes son principalmente bióticos (competencia, depredación,

territorialidad, enfermedades, parasitismo, etc), estos factores regulan el tamaño de una población en torno a un valor de equilibrio: disminuyen el número de individuos cuando este sobrepasa dicho valor y lo aumentan cuando la densidad está bajo el valor de equilibrio.

El principio de los factores limitantes establece que cada especie muestra una curva característica de adaptación a las condiciones del ambiente. En la zona de intolerancia ningún organismo puede sobrevivir. En la zona de estrés sólo algunos sobreviven, y la población no crece. Sólo en la franja óptima la población puede proliferar. Se utiliza el prefijo euri para referirse a una cualidad de amplio rango de tolerancia y el prefijo esteno para una cualidad de estrecho rango. Ej.: estenotermos, eurihalinos, etc.

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� Hábitat y Nicho ecológico.

Hábitat es el lugar físico en que vive el organismo, ya sea en la tierra, en el suelo o en el agua. Podemos hablar de áreas tan amplias como el mar o un bosque o tan restringidas como una piedra.

El concepto de nicho ecológico es más amplio, pues incluye el espacio físico y, por sobre todo, la función desempeñada por el organismo en el ecosistema. Algunos autores también incluyen en el concepto: las adaptaciones, uso de recursos y estilo de vida del organismo, y asumen que implica numerosas dimensiones.

Se reconocen un nicho realizado, que lo constituyen el tipo de vida y todos los recursos que un organismo realmente utiliza, y el nicho fundamental que corresponde a todo lo que potencialmente puede ocupar. El nicho realizado puede ver restringida su expresión por ciertos factores que pueden estar en escasez o en exceso, vale decir que depende de los límites de tolerancia a las variaciones de los factores ambientales dentro de las cuales un individuo o una especie pueden sobrevivir (euri o esteno).

3. COMUNIDAD O BIOCENOSIS La comunidad, como vimos antes, es un nivel de organización natural que incluye todas las

poblaciones de un área dada (biótopo), que se relacionan entre sí y en un tiempo dado; la comunidad y el medio ambiente no viviente funcionan juntos como un sistema ecológico o ecosistema. Cualquier comunidad es una unidad relativamente independiente compuesta por animales y plantas que viven juntos en interdependencia (se transfieren materia y energía). Como en una comunidad humana, los miembros están especializados en tareas particulares; de esta manera aparecen los productores, consumidores (primarios, secundarios, etc.) y los descomponedores, organizados en una compleja red o trama trófica (o alimentaria).

� Estructura física.

Las comunidades terrestres y acuáticas normalmente muestran cierto grado de estratificación vertical u horizontal, es decir sus constituyentes vivos pueden adquirir diferentes posiciones en el biótopo en el que viven o en la red trófica donde participan. En general, mientras mayor es el número de estratos más diversa es la comunidad. Así, por ejemplo, en un bosque es posible reconocer: una parte superior en donde se halla el follaje de los árboles (estrato arbóreo), inmediatamente por debajo una zona de arbustos (estrato arbustivo), para finalizar en el suelo y sub-suelo donde se hallan hojas y ramas caídas, líquenes, musgos, insectos, bacterias y pequeños animales invertebrados.

Se deduce entonces que organismos de distintas especies pueden compartir el hábitat, pero que es prácticamente imposible que coincidan en el mismo nicho ecológico. De ser así, se comienza a establecer un fenómeno de exclusión competitiva o una de las especies deberá cambiar su nicho.

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Figura 7. Estratificación vertical de una comunidad boscosa. � Estructura biológica.

• Especies dominantes

Son aquellas especies o grupos de especies que controlan la comunidad. Puede ser la más numerosa, la de mayor biomasa, la que ocupa el mayor espacio o la que ejerce un gran control sobre el flujo de energía y circulación de materia en el ecosistema. Si se remueve a dichas especies normalmente se causa un profundo impacto sobre la comunidad.

• Diversidad de especies (biodiversidad)

Se refiere a la variabilidad de organismos vivos, comprende la diversidad dentro de cada especie, entre las especies y de los ecosistemas.

El concepto de biodiversidad incluye:

� Número de especies. � Número de individuos de cada especie. � Total de individuos presentes.

Además de determinar la abundancia de organismos presentes en una comunidad, permite precisar la existencia de especies dominantes, raras, comunes, con problemas de conservación, o en peligro de extinción.

La zona de transición entre dos comunidades se denomina ecotono, el cual, si las comunidades son muy distintas, puede ser muy nítido. El ecotono presenta algunas especies de cada comunidad más otras especies características que muchas veces están restringidas a dicho lugar particular (especies endémicas).

En las comunidades acuáticas, también se da una estratificación que depende fundamentalmente de la magnitud de la penetración de la luz, de la temperatura en las masas de agua y de su concentración de oxígeno.

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4. CIRCULACIÓN DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA EN EL ECOSISTEMA

Todo flujo de energía y circulación de la materia comienza con la incorporación de moléculas inorgánicas al ecosistema. Los seres vivos que inician este flujo son los organismos autótrofos, que son los seres vivos capaces de elaborar o sintetizar sus propios nutrientes, a través de la fotosíntesis o quimiosíntesis.

� Fotosíntesis.

La fotosíntesis es un proceso anabólico que se lleva a cabo en los cloroplastos, la realizan los organismos que poseen clorofila. Este proceso consiste en la formación de moléculas orgánicas ricas en energía (carbohidratos), a partir de moléculas inorgánicas simples como el CO2 y H2O, usando como fuente de energía la luz solar (Figura 8).

CO2 + H2O + Energía Luminosa Carbohidratos + O2

Figura 8. Ecuación general de la Fotosíntesis.

La fotosíntesis ocurre en dos etapas o fases: •••• Fase Clara (Reacciones luminosas). Ocurre en las membranas tilacoideas de las granas de

los cloroplastos. Estas reacciones convierten la energía luminosa en energía química (ATP y NADPH), liberando O2 gaseoso como producto (Figura 9).

Figura 9. Reacciones luminosas (o Reacción de Hill).

FASE CLARA (TILACOIDE)

O2

H2O

CLOROPLASTO (CLOROFILA)

ADP + P NADP+

ATP NADPH

LUZ SOLAR

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•••• Fase Oscura (Ciclo de Calvin). Ocurre en el estroma del cloroplasto, no es fotodependiente, sin embargo, necesita de los productos de la fase clara. Esta fase consta de una serie cíclica de reacciones, que ensamblan moléculas orgánicas de carbohidratos, utilizando moléculas inorgánicas de CO2 y una molécula de 5 carbonos denominada ribulosa bifosfato la que actúa como aceptora de éste. (Figura 10).

Figura 10. Reacciones no luminosa (Fase oscura).

En Resumen: Figura 11. Interrelaciones entre la fase clara y oscura de la fotosíntesis.

CLOROPLASTOS

CO2

RIBULOSA BiFOSFATO

FASE OSCURA ESTROMA

CARBOHIDRATOS

AMINOÁCIDOS, LÍPIDOS y ÁCIDOS NUCLÉICOS

ATP NADPH

FASE OSCURA (ESTROMA)

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� Factores que afectan la tasa de Fotosíntesis.

A. Intensidad Luminosa. La tasa fotosintética aumenta al aumentar la intensidad lumínica (hasta 600 Watts) sobre este valor, inicialmente se mantiene constante, y luego desciende. (Fig. 12 – Gráfico 1).

B. Temperatura. El proceso es eficiente entre los 10 oC y 35 oC (Fig. 12 – Gráfico 2).

C. Concentración de CO2. Es el sustrato inorgánico más importante de la fotosíntesis, ya que

es la fuente de carbono para la síntesis de moléculas orgánicas (Figura 12 – Gráfico 3).

D. Agua. Esta materia prima es importante ya que no sólo aporta electrones y protones sino también, porque participa en todas las reacciones químicas de este proceso.

E. Sales minerales. Son necesarias para la síntesis de moléculas orgánicas como la clorofila

y para algunos cofactores enzimáticos.

Figura 12. Factores que inciden en la tasa fotosintética.

I.L.A.: Intensidad lumínica alta I.L.B.: Intensidad lumínica baja

123

� Flujo de energía y Estructura trófica.

Los organismos autótrofos son los productores en las cadenas tróficas y a partir de ellos, la energía fluye a través de la cadena entre los distintos niveles tróficos y en este fluir se pueden ciclar las sustancias químicas (materia) (Figura 13).

Figura 13. Relaciones tróficas en una comunidad. Los productores transforman materias primas y energía del medio en nutrientes y las traspasan a los consumidores; los descomponedores devuelven las materias para reutilizarlas. La representación de las relaciones tróficas como una cadena alimentaria es una simplificación de la realidad o, mejor dicho, una abstracción, ya que un productor no está disponible exclusivamente para un herbívoro, ni la dieta de un consumidor está constituida sólo por un tipo de alimento. En realidad, las relaciones en la comunidad están dadas por numerosas cadenas que se entrecruzan en complejas interrelaciones, que reciben el nombre de red o trama trófica (Figura 14).

Consumidores Terciarios

(Depredadores)

Consumidores Secundarios

(Depredadores)

Consumidores Primarios (Herbívoros)

Productores (Plantas verdes)

Energía radiante + Fotosíntesis

Bacterias ESTIÉRCOL, MUERTE Y PUTREFACCIÓN

Sustancias nutritivas en el suelo y en el aire

Saprófitos y parásitos ESTIÉRCOL, MUERTE Y PUTREFACCIÓN.

124

Figura 14. Trama trófica terrestre.

Es importante destacar que en el esquema de una trama trófica, el sentido de las flechas no indica quién se come a quién, sino más bien, hacia dónde fluye la energía. Por concepto de fotosíntesis, los productores sólo pueden aprovechar y almacenar el 1% de la energía solar disponible (Producción Primaria Neta: PPN); alrededor del 98-99% se “pierde”. Del total almacenado, cerca del 90% se usa en respiración y reproducción, mientras que sólo el 10% queda disponible para ser transferido a los siguientes niveles tróficos. Es precisamente esta “ineficiencia” en el flujo energético de la comunidad lo que limita la cantidad de eslabones que posee una determinada red trófica.

Zorros

Culebras

Aves

Halcones

Moscas Mariposas Saltamontes Ratones

Ranas Arañas

Plantas

125

� Productividad.

• Producción primaria bruta: es una medida de la energía solar total asimilada, por lo tanto, es equivalente a la fotosíntesis total. (Figura 15)

• Producción primaria neta: es la energía que permanece como materia orgánica

almacenada (disponible para los heterótrofos) después de restar, a la producción primaria bruta, la energía que se gasta en reproducción y mantención (metabolismo).

PPN = Producción primaria neta. PPN = PPB - R

PPB = Producción primaria bruta. R = Reproducción + mantención.

• Producción secundaria: Es la acumulación de energía por los organismos consumidores.

Ésta depende de la eficiencia del proceso digestivo, del tipo de herbívoros, etc.. Una vez que el herbívoro consume una planta, hay una gran cantidad de material que pasa por su cuerpo pero que no se asimila y que se elimina; de lo que asimila, debe destinar una porción a mantención y a reproducción. Sólo de esto puede después formar nuevos tejidos (biomasa), crecer, depositar grasa, etc. que es lo que quedará disponible al consumidor que se coma al herbívoro. En promedio, sólo un 10% de la biomasa del primer nivel trófico se transforma en biomasa del segundo nivel. Uno de los factores que limitan la producción secundaria son las características metabólicas del consumidor.

Figura 15. Productividad en una cadena trófica.

Respiración Fotosíntesis Restos Orgánicos

FLUJO DE ENERGIA Y PRODUCCIÓN

ENERGIA CALORIFICA

DESCOMPONEDORES

Energía 100% Solar

PRODUCTORES HERBIVOROS CARNIVOROS

PPB

2%

PPN

1%

PPB

0,4%

PSN

0,1%

PSB

0,07

PSN

0,02

126

2.4. Pirámides ecológicas.

Una pirámide es una representación gráfica del número, biomasa y contenido energético en los niveles tróficos de un ecosistema. Cada nivel trófico está representado por una capa o segmento en la pirámide, en cuya base se ubican los productores, luego los herbívoros y finalmente los carnívoros.

� Pirámides de Energía La transferencia neta de energía entre los niveles tróficos tiene una eficiencia aproximada de

10%, transferencia poco eficiente que se le llama “ley del 10%”. Estos significa que la energía almacenada en los consumidores primarios, los herbívoros, corresponde sólo al 10% de la energía almacenada en los consumidores primarios. En otras palabras, por cada 100 calorías de energía solar captadas por el pasto, sólo 10 calorías se convierten en biomasa de herbívoros y sólo 1 de los carnívoros. La pirámide de energía muestra la cantidad máxima de energía en su base y que va disminuyendo siguiendo la ley del 10% en los niveles superiores. Esto ocurre porque gran parte de la energía se invierte en metabolismo de los organismos de cada nivel y se mide como calorías invertidas en la respiración.

Figura 16. Pirámide de energía

127

� Pirámides de Números y de Biomasa

Las relaciones energéticas entre los niveles tróficos determinan la estructura de un ecosistema en función a la cantidad de organismos y la cantidad de biomasa presente lo cual también puede ser mostrado en pirámides. En la figura .. Se presenta una pirámide de números para el ecosistema de una pradera de gramíneas, estas plantas son pequeñas y se requiere una gran cantidad de ellas para mantener a los consumidores primarios (herbívoros). Por el contrario, se presenta otra pirámide de números donde los productores primarios son grandes por ejemplo, un árbol, productor que puede mantener a muchos consumidores primarios.

Figura 17. Pirámides de Números. a) los productores son pequeñas plantas. b) el productor es un gran árbol, por ello la pirámide se presenta invertida.

128

En la Figura 18 se presenta una pirámide de biomasa la cual adopta la forma de una pirámide estrecha, ya sean los productores grandes o pequeños. En la misma figura se presenta una pirámide de biomasa invertida, esto ocurre cuando los productores tienen una tasa de reproducción muy elevada, como es el caso del fitoplancton en ecosistemas oceánicos. La masa de fitoplancton observable en cada momento puede ser menor que la masa de zooplancton que se alimenta de ella. Esto porque la tasa de crecimiento de la población de fitoplancton es mucho más alta que la de la población de zooplancton. Por ello, una pequeña fitomasa de fitoplancton puede suministrar alimento a una biomasa mayor de fitoplancton. Figura 18 Pirámides de Biomasa. En a) se presenta un ejemplo de ecosisitema terrestre, y en b)

se presenta una pirámide de biomasa invertida de un ecosistema oceánico.

La pirámide de biomasa sirve para explicar la magnificación biológica o la concentración en la cadena de alimentos de sustancias que una vez liberadas al ambiente, los organismos de niveles tróficos inferiores incorporan, pero que no metabolizan y que, por el contrario, se acumula en su tejido graso, cuando esos individuos sean consumidos por los del nivel trófico superior, esta sustancia pasará a formar parte de sus cuerpos, pero la determinada cantidad de sustancia ahora estará distribuida en una menor cantidad de biomasa total, estando más concentrada y pudiendo causar daño. Un ejemplo famoso en relación a este tema fue el uso de DDT, un pesticida (actualmente prohibido en la mayoría de los países), que causó la muerte de muchas aves, las que habían comido peces y éstos se habían alimentado de organismos varios que también lo habían ingerido (Figura 19).

129

Figura 19. Acumulación de DDT en una cadena trófica.

130

Preguntas. 1. ¿Cuál de los siguientes términos incluye a los otros cuatro?

A) Bioma. B) Biosfera. C) Población. D) Ecosistema. E) Comunidad.

2. La unidad de estudio de la ecología corresponde a

A) la especie. B) el biótopo. C) la población. D) la comunidad. E) el ecosistema.

3. De los factores que afectan al tamaño de las poblaciones en una comunidad de vertebrados,

¿cuál(es) de los siguientes influyen en la densidad de la población?

I) Natalidad. II) Emigración. III) Tasa de mortalidad.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y III D) Sólo II y III E) I, II y III

4. Si se absorbe el O2 del aire que rodea a una planta con clorofila, ésta puede seguir viviendo y

realizando fotosíntesis, porque las plantas

I) verdes no utilizan oxígeno. II) usan CO2 para realizar fotosíntesis. III) con clorofila liberan O2 durante la fotosíntesis.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo II y III E) I, II y III

5. En las cadenas alimentarias, el último eslabón recibe

A) mayor cantidad de energía que los eslabones anteriores. B) mayor cantidad de energía que la captada por el primero. C) menor cantidad de energía que la captada por el primero. D) la misma cantidad de energía que captada por el primero. E) la misma cantidad de energía que los eslabones anteriores.

131

Las preguntas 6 y 7 se refieren al diagrama que muestra las relaciones alimenticias entre diferentes especies de animales y vegetales de una comunidad ecológica: SOL PRODUCTORES A B C CONSUMIDORES PRIMARIOS CONSUMIDORES SECUNDARIOS CONSUMIDOR TERCIARIO 6. En los niveles sucesivos de esta trama alimentaria se producen los siguientes cambios a

medida que se pasa desde los productores a los consumidores terciarios, excepto

A) aumenta la cantidad de nichos ecológicos. B) decrece progresivamente el número de individuos. C) disminuye la energía disponible para la biosíntesis. D) decrece el peso total de materia viva presente en cada nivel. E) aumenta la concentración de sustancias no excretadas por los organismos.

7. Con relación a la trama alimentaria del diagrama, ¿c cuál de las siguientes afirmaciones es

falsa?

A) En esta trama alimentaria hay organismos herbívoros, carnívoros y omnívoros. B) La principal interacción entre los individuos de las especies "A", "B" y "C" es la competencia. C) Los consumidores no comen con la misma intensidad todos los tipos de alimento que

pueden utilizar. D) La eliminación de la especie "A" alterará severamente la estabilidad funcional de esta trama

alimentaria. E) En esta trama, la relación numérica entre los individuos de las diferentes especies se

mantiene más o menos constante.

132

8. En una trama trófica o red alimenticia. Son indispensables

A) productores y consumidores. B) productores y descomponedores. C) consumidores y descomponedores. D) productores, herbívoros y descomponedores. E) productores, consumidores y descomponedores.

9. El gráfico adjunto muestra los resultados de experimentos destinados a investigar la influencia

que ejerce sobre el proceso de fotosíntesis la concentración de CO2 a diferentes intensidades de luz. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones se justifica sólo en base a este gráfico?

100 80 60 40 20 0 0,05 0.10 0.15 0,2

A) La fotosíntesis es tanto más intensa cuanto mayor es la concentración de CO2. B) La intensidad de la fotosíntesis aumenta en proporción directa a la intensidad de la luz. C) Cuando hay abundancia de CO2, el rendimiento fotosintético depende de la intensidad de la

luz. D) La concentración de CO2 y la intensidad de la luz son los principales factores internos de la

fotosíntesis. E) Cuando la concentración de CO2 es muy baja, la intensidad de la fotosíntesis siempre

depende de la intensidad de la luz. 10. Si la PPN de una plantación de alfalfa es de 3 g/m2 /día, ¿cuál es la máxima cantidad de

cabezas de ganado bovino que una hectárea (10.000 m2) de esta pradera es capaz de mantener en el plazo de 1 mes? Considere que cada cabeza de ganado tiene un costo de mantención de 0,3 Kg/día.

A) Menos de 10. B) Entre 10 y 30. C) Exactamente 30. D) Más de 30. E) Faltan antecedentes para poder determinar.

Alta intensidad de luz

Mediana intensidad de luz

Baja intensidad de luz

Concentración de CO2

Rendimiento Fotosintético

133

RELACIONES INTERESPECÍFICAS

1. INTRODUCCION Cuando dos especies de un ecosistema tienen actividades o necesidades en común es frecuente que interactúen entre sí. Puede que se beneficien o que se dañen o, en otros casos, que la relación sea neutra. (ver Grafico 1)

134

Los tipos principales de interacción entre especies son: •••• Competencia. (-/-) Cuando ambas poblaciones tienen algún tipo de efecto negativo una sobre la otra. Es especialmente acusada entre especies con estilos de vida y necesidades de recursos similares. Ej.: poblaciones de paramecios creciendo en un cultivo común o escarabajos de la harina y el arroz. Se ha observado que cuando dos especies compiten, una de ellas excluye o elimina a la otra, con lo cual se ve favorecida, ésto se conoce con el nombre de principio de exclusión competitiva. Sin embargo, algunas poblaciones no entran en competencia, a pesar de que necesitan el mismo recurso para vivir y que es escaso en el ambiente; en este caso ocurre que una de las especies obtiene el recurso durante el día y la otra lo utiliza durante la noche, reduciendo la intensidad de la competencia y ninguna de las dos se ve tan perjudicada. De esta forma las dos especies pueden sobrevivir. •••• Depredación. (+/-)

Se da cuando una población (depredador) vive a costa de cazar y devorar a la otra (presas). En algunos casos la depredación contribuye a que se alcance el punto de equilibrio en el funcionamiento de la naturaleza, ya que la depredación puede actuar eliminando a los individuos enfermos, viejos, o mal adaptados y, así aumentar la sobrevivencia de los mas fuertes y mejor adaptados.

El mejor depredador será el que no elimine completamente a su presa, permitiéndole aumentar su densidad, de modo que su recurso no se agote. Se usa el concepto de generalista para las especies que, a falta de su presa principal recurren a otra, por ejemplo, el puma, que consume varias presas distintas. La contraparte son los especialistas que tienen una fuente de alimento muy restringida, como el koala, que se alimenta de hojas de eucalipto (herbivorismo), por lo que la destrucción de su hábitat pone en peligro de extinción a esta especie.

135

•••• Simbiosis (del griego syn = junto; bioonai = vivir.)

Es una interacción estrecha, íntima, entre dos o más organismos de distintas especies. Muchas de estas interacciones pueden ser de beneficio mutuo, pero también las hay en las cuales alguno de los participantes resulta perjudicado.

El término huésped es usado para el más largo (o el más grande) de los dos miembros de una simbiosis. El miembro más pequeño es llamado simbionte. Las variadas formas de simbiosis incluyen:

o Mutualismo. (+/+)

Es el tipo de relación en el que dos especies se benefician entre sí hasta el extremo de que su relación llega a ser necesaria para la supervivencia de ambas especies. Las abejas, por ejemplo, dependen de las flores para su alimentación y las flores, de las abejas para su polinización (simbiosis obligatoria).

o Protocooperación. (+/+)

Se da cuando dos especies se benefician una a otra pero cualquiera de las dos puede sobrevivir por separado. Un ejemplo podría ser la relación entre el paguro (cangrejo) y la actinia (celenterado)(simbiosis no obligatoria).

o Comensalismo. (+/0)

Es el tipo de interacción que se produce cuando una especie se beneficia y la otra no se ve afectada. Así, por ejemplo, algunas lapas que viven sobre las ballenas. La lapa tiene un lugar seguro para vivir y facilidad para alimentarse de plancton, mientras que la ballena no se ve ni perjudicada ni beneficiada.

o Parasitismo. (+/-)

Es similar a la depredación, pero el término parásito se reserva para designar pequeños organismos que viven dentro (endoparásito) o sobre (ectoparásito) un ser vivo de mayor tamaño (hospedador o huésped), perjudicándole.

La forma de vida parásita tiene un gran éxito; aproximadamente una cuarta parte de las especies de animales son parásitas. Son ejemplo de esta relación las tenias, los mosquitos, garrapatas, piojos, muérdago, lampreas, etc.

o Amensalismo. (-/0) Interacción en la cual un animal es perjudicado y el otro no se ve afectado. Ej.: los arbustos y las plantas herbáceas a menudo son dañados por las ramas que caen de los árboles altos.

136

2. ADAPTACIONES DE LOS ORGANISMOS

La adaptación es cualquier característica estructural, fisiológica o conductual que le permite a un organismo sobrevivir y reproducirse en su ambiente natural.

La adaptación puede comprender cambios inmediatos (Ej.: cierre de estomas en suelos secos), o ser el resultado de fenómenos de selección y mutación a largo plazo (Ej.: formación de pulmones en vertebrados terrestres).

La presencia de adaptaciones implica modificaciones de las poblaciones, no del individuo, por lo tanto, son el resultado de procesos evolutivos que ocurren durante períodos prolongados y comprenden muchas generaciones.

• Adaptaciones en plantas. En general estas adaptaciones se relacionan con la cantidad de agua disponible en los ambientes que habitan. Ejemplos: � Una forma de resistencia a la pérdida de agua en ambientes desérticos involucra la

transformación de hojas en espinas, en tanto el tallo (lugar donde se realiza la fotosíntesis), se encuentra cubierto de una especie de cera, como ocurre con los cactus.

� La mayoría de los arbustos del bioma de matorral de Chile, dejan caer parte de su follaje

durante el verano, para así minimizar la pérdida de agua a través de los estomas. � Muchas plantas cierran sus flores durante la noche para impedir el enfriamiento de sus

estructuras reproductivas. � El lirio acuático presenta conductos aéreos que proporcionan oxígeno suficiente a los tallos y

las raíces que se encuentran en el agua y lodo, deficiente en dicho gas.

• Adaptaciones en animales. En muchos animales las adaptaciones se relacionan con:

- Cambios en la locomoción (trepar, caminar, nadar, volar). - Cambios de acuerdo a la ubicación de su alimento (cuello largo en las jirafas). - Tipo de alimento (mandíbulas, dientes, picos). - Cambios climáticos (plumas, escamas, pelos).

Ejemplos: � La conservación del calor en algunas aves (pingüinos), se realiza gracias a mecanismos de

contracorriente entre venas y arterias. Las venas llevan la sangre fría que circula por las extremidades, en cambio, las arterias llevan sangre caliente, que entibia a la de las venas y eso evita la pérdida de calor.

� Algunos animales evitan las bajas temperaturas emigrando a climas más cálidos para pasar el

invierno (aves), en tanto que otros evitan el frío permaneciendo en un estado latente llamado hibernación (marmotas).

� La lengua larga y flexible de las ranas, es una adaptación para atrapar insectos.

137

� El pico de las aves está adaptado de manera específica para el tipo de alimento que consume (pinzones de las Islas Galápagos, ver figura 1).

� Para evitar la desecación, muchos animales terrestres poseen una cubierta corporal adaptada

para reducir al mínimo la pérdida de agua (escamas en reptiles), así como también la localización profunda de la superficie respiratoria (pulmones).

• Adaptaciones en tiempo evolutivo. La conquista del ambiente terrestre de las plantas y los animales, ha sido posible gracias a una serie de adaptaciones. Entre las primeras adaptaciones que las plantas desarrollaron para pasar del medio acuático al terrestre, se cuentan una cubierta de cera, la presencia de estomas, el desarrollo de estructuras capaces de dispersar y proteger de la desecación a los embriones (semillas), formación de un sistema vascular para el transporte de agua y sustancias, aparición en algunas plantas de flor y fruto, mejorando los procesos reproductivos. Dentro de las adaptaciones de los vertebrados terrestres (anfibios, reptiles, aves y mamíferos) está el desarrollo de los pulmones y los cambios en la estructura del nefrón (aparición de los túbulos renales).

Hoy se considera que en el proceso evolutivo, primero habrían aparecido peces de una forma de transición que tenían branquias y pulmones; estos peces son considerados fósiles vivientes y habitan en las zonas intermareales africanas. De estos peces pulmonados surgieron los primeros anfibios, capaces de sobrevivir en tierra pero debían volver al agua para reproducirse, porque sus huevos se deshidratan rápidamente. Luego surgen los reptiles con una adaptación definitiva al medio terrestre: el huevo cubierto por cáscara y la presencia de amnios. De un grupo de reptiles voladores habrían evolucionado las aves, en cambio, de un grupo de reptiles no voladores se cree surgieron los mamíferos primitivos que se diversificaron en los marsupiales y placentados.

138

Figura 1. Las diferentes especies de pinzones tienen picos que les permiten aprovechar distintos recursos alimenticios. 3. SUCESIÓN ECOLÓGICA Es el proceso de desarrollo de un ecosistema; son los cambios graduales que ocurren en un ecosistema en el cual las poblaciones se suceden unas a otras. Generalmente es un proceso comandado por las plantas en que los cambios en éstas repercuten en los animales. Asimismo, los cambios en la comunidad resultan en la modificación del medio físico, aunque éste condiciona el tipo y la velocidad del cambio. Finalmente, este proceso culmina en un ecosistema estabilizado que se mantiene en el tiempo (Figura 2). La sucesión está influida por muchos factores, tales como el clima y los cambios que producen los organismos colonizadores.

Figura 2. Etapas consecutivas en una sucesión.

139

Existen dos tipos de sucesión según el tipo de suelo o sustrato a partir del cual se inicia:

� Sucesión Primaria. Este tipo de sucesión parte de una situación en la que no hay suelo, tal como ocurre en los terrenos erosionados, dunas de arena, rocas desnudas, lava volcánica, y después del desplazamiento de un glaciar.

� Sucesión Secundaria. Ocurre en forma relativamente rápida porque se inicia sobre un suelo

desarrollado maduro, donde existió previamente una comunidad como campos abandonados, bosque talado y áreas después del fuego.

El primer estado de la sucesión, que contiene a los primeros colonizadores se llama etapa pionera (Tabla 1).

Los subsecuentes estados se llaman etapas serales. Pueden ser comunidades mas o

menos distinguibles con sus propias estructuras, características y composición de especies. Cada estadio puede durar breves períodos o persistir durante años, por ejemplo sólo después de muchos años los arbustos consiguen profundizar el suelo y lo dejan apto para soportar el crecimiento de los árboles.

Eventualmente la comunidad alcanza un equilibrio con el ambiente en el cual las plantas y

los animales forman una comunidad autosustentable, denominada comunidad clímax.

Tabla 1. Características de las etapas pioneras y serales. Característica

Estadios tempranos (pioneras) Estadios tardíos (serales)

Nicho Amplio, generalista Estrecho, especialista Tamaño organismos Pequeño Grande Ciclo de vida Corto Largo Estrategia de vida “r” “K” Diversidad de especies Baja Alta Estabilidad Menor Mayor

140

PRODUCTORES

CONSUMIDORES

DESCOMPONEDORES

4. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Como se planteó antes, la energía fluye por los ecosistemas; por ello son abiertos y necesitan de un constante ingreso de energía siendo la puerta de entrada los organismos fotosintéticos. Este fluir de la energía empuja y provoca el ciclo de la materia.

En la naturaleza tienen lugar de forma cíclica una serie de reacciones químicas, e intercambios entre la atmósfera, los suelos y los seres vivos, en los cuales participan formando materia orgánica basada en el carbono, hidrógeno, oxígeno (agua) y el nitrógeno. Estos ciclos de la materia que dependen de los procesos geológicos, se denominan ciclos biogeoquímicos y son procesos regulares y básicos para el mantenimiento de la vida sobre la Tierra (Figura 3).

Figura 3. Globalización de los ciclos biogeoquímicos.

ENERGIA SOLAR CALOR

141

• Ciclo del Carbono.

Figura 4. Ciclo del Carbono.

Mediante la fotosíntesis, los organismos autótrofos como las plantas absorben el dióxido de carbono existente en el aire o en el agua. (Esto también lo hacen de forma química algunas bacterias de ecosistemas especiales como volcanes submarinos, proceso conocido como quimiosíntesis). En ambos casos lo acumulan en los tejidos, en forma de grasas, proteínas e hidratos de carbono. Estos organismos productores de materia orgánica también devuelven un porcentaje al ambiente como CO2 (Figura 4).

Posteriormente, los animales herbívoros (consumidores primarios) se alimentan de

estos vegetales, de los que obtienen energía, para después, siguiendo las cadenas tróficas, transferir esa energía a los demás niveles como los carnívoros que se alimentan de los herbívoros (consumidores secundarios). La energía consumida sigue varios caminos: por un lado es devuelto a la atmósfera como dióxido de carbono mediante la respiración; por otro lado se deriva hacia el medio acuático, donde puede quedar como sedimentos orgánicos, o combinarse con las aguas para producir carbonatos y bicarbonatos (suponen el 71% de los recursos de carbono de la Tierra).

En su acumulación en las zonas húmedas genera turba, resultado de una descomposición incompleta, lo que da lugar a la formación de depósitos de combustibles fósiles como petróleo, carbón y gas natural.

El ciclo del carbono se completa gracias a los organismos descomponedores, los cuales

llevan a cabo el proceso de mineralizar y descomponer los restos orgánicos, cadáveres, excrementos, etc.

142

• Ciclo del Nitrógeno. Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (DNA y RNA) 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). El ciclo del Nitrógeno, ocurre a través de varios pasos: (Figura 5) A. Fijación de Nitrógeno. B. Amonificación. C. Nitrificación. D. Asimilación. E. Desnitrificación.

Figura 5. Ciclo del Nitrógeno.

Algunas bacterias fijadoras de nitrógeno viven en nódulos radicales de determinadas plantas; otras viven en el suelo.

Amonificación. Descomposición de sustancias nitrogenadas orgánicas en NH3

Asimilación. NO3 y NH3 son absorbidos por la raíces de las plantas y utilizados para producir compuestos nitrogenados orgánicos

Bacterias desnitrificantes convierten NO3 en N2

Amoniaco (NH3)

Nitrato (NO3)

Nitrificación

Las bacterias nitrificantes convierten el NH3 en NO3

Proteínas animales y vegetales

143

5. EQUILIBRIO ECOLÓGICO • Biodiversidad y Factores que la afectan.

La estabilidad de una comunidad está relacionada directamente con la diversidad, es decir, una comunidad con alta diversidad de especies es más estable que otra con menor diversidad.

Las diferencias más notables entre un lugar y otro tienen que ver con el tipo de suelo, la topografía del terreno, la altitud, la temperatura ambiental, las precipitaciones. Estas diferencias condicionan la distribución de la flora y la fauna. Las especies se distribuyen según diversos factores climáticos y biológicos, ésto significa que no viven en cualquier parte, ya que están mejor adaptados para algunos hábitats.

Por biodiversidad se entiende a “la riqueza o variedad de especies”. La diversidad tiene dos componentes:

• el número de clases distintas de especies. • el número de individuos de cada especie (abundancia).

Tabla 2. Diferencias en la biodiversidad.

Comunidad Central

Comunidad Antártica

42 loicas 230 pingüinos 38 tórtolas 457 focas 52 mirlos 375 lobos antárticos 45 tencas

73 lauchas 12 zorros

La especie humana al igual que otras especies de seres vivos utiliza recursos del ambiente para satisfacer sus necesidades. Lamentablemente, el hombre ha deteriorado el medio ambiente, produciendo efectos negativos en los ecosistemas (Tabla 3), llevando a la disminución o pérdida de la biodiversidad a causa de:

Tabla 3. Algunas causas de la disminución de diversidad y sus efectos. Acción Humana

Efecto

Deforestación (tala y fuego). Pérdida de capacidad para retener agua. Pastoreo excesivo. Pérdida de capacidad de recuperación vegetal. Revestimiento de asfalto

(urbanización Inundaciones.

Aumento de sólidos en el agua (Turbidez).

Pérdida de la capacidad fotosintética de las plantas.

Sobreexplotación de especies. Disminución del número de especies (turbidez). Supresión del suelo (erosión). Disminución de formaciones vegetales. Ocupación de ríos y lagos (botes). Pérdida de fauna. Contaminación (Uso de plaguicidas). Alteración de ciclos vitales, enfermedades,

plagas.

144

• Contaminación.

o Contaminación del aire.

El término smog es una contracción de las palabras inglesas smoke (humo) y fog (niebla), y este aerosol puede ser producido por la acción antrópica tanto como por causas naturales. El problema de las ciudades es el tipo y cantidad de sustancias que son vertidas localmente a la atmósfera por la ingente agrupación humana que las habita. Como no hay manera práctica de limpiar el aire que se respira, la única solución es prevenir la contaminación. Los contaminantes del aire se clasifican en contaminantes primarios y secundarios. Los contaminantes primarios son formados en cualquier parte y descargados al aire, tal como el hollín de las combustiones, SO2 (óxido de azufre). Los contaminantes secundarios se forman en el aire por reacción con los contaminantes primarios. Así, el SO2, que se forma en la combustión del petróleo y que reacciona en el aire con el oxígeno para formar el contaminante secundario trióxido de azufre (SO3). Éste a su vez reacciona con el agua y forma ácido sulfúrico (H2SO4), que también es considerado un contaminante secundario. La contaminación del aire provoca enfermedades tanto agudas como crónicas, dentro de las primeras están los problemas oculares, algunos problemas respiratorios y eventual intoxicación por monóxido de carbono (CO). Las patologías crónicas atribuibles a la contaminación del aire a largo plazo están la bronquitis crónica, el asma y el enfisema. Todas estas condiciones crónicas elevan mucho el trabajo cardíaco y se ha observado un dramático incremento de las muertes por esta causa.

o Inversión térmica.

El problema de la contaminación local del aire es estacional. Cuando aumenta la temperatura, el aire se calienta y se hace menos denso, por lo que asciende y lleva lejos los contaminantes. Sin embargo, en algunos casos puede quedar aire caliente estacionario en las capas más altas, que impide el ascenso del aire contaminado (Figura 6). Se habla en estos casos de una inversión térmica. Las inversiones térmicas se atribuyen a exceso de presión atmosférica local o al enfriamiento rápido de la tierra y del aire cercano a ella cuando el sol se pone. La inmovilización del aire impide el transporte de los contaminantes y aumenta grandemente la contaminación local.

Figura 6. Inversión térmica.

Aire muy frío

Aire frío

Aire caliente

Aire muy frío

Capa caliente de inversión

Aire frío

145

o Destrucción de la capa de ozono. El ozono bloquea un 99% de la radiación ultravioleta (UV) que llega a la estratósfera y bloquea un 3% de la radiación solar. Pocos organismos podrían sobrevivir en la Tierra sin esta protección. Por la acción humana la capa de ozono se ha hecho lábil. Se han vertido a la atmósfera grandes cantidades de sustancias clorofluorocarbonadas (CFC) que se utilizan como gases de refrigeración y en los acondicionadores de aire; también como propelentes de aerosoles y en la industria del plástico. Estos compuestos destruyen el ozono. En 1986 comenzó a observarse un agujero en la capa de ozono que cubre la Antártida. Hasta ahora es difícil predecir la velocidad y la cuantía de la pérdida del ozono. Aún cuando el ozono en la alta atmósfera es imprescindible en detener la radiación UV, es un serio contaminante en la baja atmósfera (troposfera), donde es producido en los motores de explosión y las plantas eléctricas. Se requerirá una política global internacional para frenar la liberación de sustancias clorofluorocarbonadas y la producción de ozono de origen industrial y automotriz.

o Lluvia ácida. El uso de combustibles fósiles en los motores de explosión de los automóviles y en las plantas termoeléctricas está descargando a la atmósfera, además de CO2, grandes cantidades de dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx), que al reaccionar con el agua forman ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nítrico (HNO3), respectivamente, que precipitan con la lluvia, la cual tiene así una acidez mucho mayor que la normal. La acidez en exceso impide la captación de los nutrientes por los árboles y mata una variedad de plantas acuáticas, peces y muchos organismos (Figura 7).

Figura 7. Lluvia ácida.

146

o Efecto invernadero. Algunos gases como el metano (CH4) y el CO2 absorben parte de la radiación solar que alcanza la tierra y la vuelven a irradiar, lo que ha permitido mantener temperaturas aptas para la vida en la tierra. La actividad antrópica ha aumentado el efecto invernadero provocando un calentamiento global del planeta, lo que podría ocasionar suelos más secos, afectando la agricultura, provocar un deshielo polar y elevar significativamente el nivel del mar.

• Recursos.

Se define como recurso natural a: “cualquier entidad que se produce en forma natural, y que es imprescindible para satisfacer las necesidades del hombre”. Los recursos naturales se clasifican en renovables y no renovables, esta clasificación tiene que ver con la relación de cantidad entre lo que el ser humano usa y la abundancia del recurso en la naturaleza

• Recursos Renovables. Corresponde a aquel recurso que es reemplazado o reciclado en la naturaleza en un tiempo relativamente razonable, o sea presenta capacidad de reproducción o recuperación. Son ejemplos, el agua, el aire, la fauna, la flora y el suelo.

• Recursos No Renovables. Son recursos que dado el tiempo que demoran en formarse, no pueden reponerse al mismo tiempo que se extraen, o sea, no tiene capacidad de recuperarse, una vez usado no vuelve a su estado original. Son ejemplos: combustibles como el petróleo y el carbón, minerales metálicos como hierro, cobre y estaño, minerales no metálicos como azufre y sal común, rocas de aplicación como caliza, arena y yeso.

Tabla 4. Recursos Naturales Chilenos.

Recurso

Clasificación

Cobre No renovable Petróleo No renovable Litio No renovable Harina de pescado Renovable Uva de mesa Renovable Loco Renovable Agua de los ríos Renovable

El equilibrio ecológico es el resultado de la interacción que establecen los diferentes

seres vivos entre sí y con su ambiente. La introducción de especies foráneas o no autóctonas, la destrucción de hábitats, la explotación irracional de algunas poblaciones han llevado a la disminución de la diversidad, originando problemas de conservación en algunos casos, e incluso la extinción de especies alterando este delicado equilibrio. Dos especies del emblema nacional nuestro han sido perseguidas. El huemul está en peligro de extinción y el cóndor es cazado

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ilegalmente en la alta cordillera y en la Región de Magallanes, considerándose actualmente entre las especies vulnerables.Las especies en problemas de conservación se clasifican en: a) Especies extintas: Aquellas especies no localizadas en los últimos 50 años.

ej: Zarapito boreal, Tucu-Tucu.

b) Especies en peligro de extinción: Especies cuya sobrevivencia es poco probable si se siguen dando los factores causales de peligro. Ej: Chinchilla chilena, Loro Tricahue, Lagartija.

c) Especies vulnerables: Son aquellas sobre las que se cree que pasarán a la categoría anterior

en un futuro cercano. En Chile existen 92 especies en esta categoría. ej: Vizcacha, Puma, Pudú, Ñandu.

Cuando se produce el ingreso de especies foráneas, las nativas resultan seriamente afectadas por la acción de las invasivas, ya que estas últimas utilizan los recursos con mayor rapidez, se establece una competencia en la que se ven perjudicadas las especies autóctonas, como el caso de los pinos y eucaliptos que son especies foráneas que han reemplazado al bosque nativo. El caso de animales introducidos y sus efectos sobre la flora y fauna se revisan en la tabla Nº 5.

Tabla 5. Ejemplos de algunas especies animales introducidas en Chile y sus efectos ecológicos.

Especie Introducida Efecto sobre flora y fauna

Codorniz y gorrión Compiten por alimentos con aves nativas tales como perdiz y diuca

Mirlo Parásita los nidos de aves nativas.

Liebre y conejo Compiten por alimento con mamíferos nativos y sobrepastorean la vegetación.

Castor Come la corteza de árboles nativos y hace represas.

Rata y ratón Comen y ensucian granos almacenados para consumo humano, transmiten enfermedades, depredan a aves y sus huevos.

Visón Depreda sobre fauna nativa.

Jabalí Destruye la vegetación y consume fauna nativa.

Ciervo Destruye la vegetación nativa.

Las interacciones de los seres vivos con su medio son de gran importancia para la preservación

del ecosistema y la mantención del equilibrio ecológico. Conservar este estado de equilibrio, exige por parte del hombre un uso racional de los recursos naturales.

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• Preservación y Conservación de Recursos. El desarrollo de políticas de preservación, conservación y protección es de vital importancia para el resguardo de los recursos naturales. Las medidas de preservación buscan mantener los ecosistemas libres de la acción de cualquier agente disrruptor, estas tienen que ver con la creación de Parques Nacionales, Monumentos Nacionales, creación de áreas silvestres protegidas, etc., en los que se restringe la extracción o explotación de algunas especies como las vulnerables o que presentan peligro de extinción. La conservación sirve para establecer las bases del uso racional de un recurso. Para lograrlo se aplican las vedas, totales o parciales, que guardan relación con las etapas reproductivas de las especies.

Las medidas de protección tienden a la adopción de políticas de defensa de las especies que se encuentran en peligro de extinción.

Por ejemplo, para salvar el recurso flora se podría lograr mediante la implementación de campañas de reforestación paralelas al desarrollo de programas basados en un uso racional, que considere la velocidad de regeneración del recurso forestal.

En el caso de la fauna, su conservación dependerá de la utilización y explotación que el hombre realice (Figura 8).

En cuanto a los recursos no renovables, como los minerales, como consecuencia de su explotación, se produce la extinción de los yacimientos. Las medidas de conservación tienen que ver principalmente con el aprovechamiento racional del recurso, sabiendo que terminará por consumirse inevitablemente.

SÓLO LA UTILIZACION RACIONAL DE LOS RECURSOS, ASEGURA LA CONSERVACION

DE LOS ECOSISTEMAS Y SU EQUILIBRIO.

Figura 8. La veda es una estrategia de protección para las especies sobreexplotadas .

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PREGUNTAS 1. En un ecosistema terrestre, la variedad de bacterias que participan en el recorrido cíclico de la

materia es mayor en el ciclo del

I) agua. II) carbono.

III) nitrógeno.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

2. El gráfico representa las “reservas” y transferencias energéticas expresadas en Kcal entre las especies (K, L y M). En relación a él señale la(s) aseveración(es) correcta(s):

I) El stock M se está agotando. II) El factor que limita el ciclo es L.

III) Todas las reservas permanecen constantes.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

3. Una planta puede presentar varias adaptaciones para conquistar el ambiente terrestre. ¿Cuál

(es) de las siguientes le permite(n) conservar agua?

I) Desarrollo de flor y fruto. II) Formación de un sistema vascular.

III) Transformación de hojas en espinas.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

500

K

1000 100 L M

100 50

250

150

4. La acción antrópica, ha provocado diversos efectos adversos en el planeta Tierra, excepto

A) erosión de los suelos. B) extinción de especies. C) destrucción de hábitats. D) aumento de la biodiversidad. E) adelgazamiento de la capa de ozono.

5. Sobre una sucesión ecológica, es correcto afirmar que

I) la primaria se inicia sobre un suelo maduro. II) está influida por diversos factores como el clima.

III) culmina con una comunidad clímax, que se mantiene en el tiempo.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

6. Dentro de las políticas estatales en relación a los recursos naturales, está la veda la que tiene

por objetivo

I) mantener la renovabilidad del recurso. II) proteger especies en vías de extinción.

III) aumentar el valor comercial del recurso explotado.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

7. En el ecosistema, la circulación de la materia es _______________ y el flujo de energía

es_________________

A) lineal – lineal. B) lineal – cíclico. C) cíclica – lineal. D) cíclica – cíclico. E) lineal – cíclico, sólo en los ecosistemas terrestres.

8. Cuando los bosques son destruidos, tenemos como consecuencias

A) el aumento de la fertilidad del suelo. B) la disminución de la erosión del suelo. C) el aumento en la diversidad de especies forestales. D) el aumento del riesgo de inundaciones en las tierras cercanas. E) la disminución de la contaminación de dióxido de carbono, por fijación en las especies

forestales.

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9. El siguiente gráfico muestra la interacción entre dos especies, linces y liebres.

Del análisis del gráfico es posible afirmar que

I) se establece la relación depredador - presa. II) se cumple el principio de exclusión competitiva.

III) las poblaciones de linces y liebres se controlan mutuamente.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) Sólo II y III

10. Del análisis de los siguientes datos podemos establecer en forma correcta que

I) la comunidad A presenta mayor diversidad específica. II) la comunidad B está conformada por 1.050 especies.

III) la comunidad B presenta menor diversidad y mayor abundancia. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) I, II y III

Comunidad A Zona central

Comunidad B Zona sur

45 loicas.

38 tórtolas. 50 mirlos. 40 tencas.

73 lauchas del espino. 12 zorros chilla.

250 pingüinos reales.

450 focas cangrejeras. 350 lobos finos antárticos.

Abu

ndan

cia

Años

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