Tesina

2012

Guillermo González_arq

Magister en Construcciones en Madera_Modulo 1 Universidad del Bio Bio-Concepcion-Chile

Patologías Bióticas de la Madera De los Bosques Templados de Chile , a la Selva Atlantica de Misiones

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Capitulo 3 :

El Ciclo del Carbono

Corte de una hoja_Fotosintesis

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Tabla de Contenidos

Titulos Pag

Capitulo 3: El Ciclo del Carbono 1 Tabla de Contenidos 2

El Ciclo del Carbono 3

Fotosintesis y Respiracion 5

Procesos Rapidos Oceanicos 6

El ciclo de la Roca : Ciclo Lento 6

Concentracion de CO2 en la Tierra 7

Compensacion del Carbono 7

El Ciclo del carbono en el biodeterioro de la madera 8

Sucesion ecologica de los organismos en la Madera 9

Bibliografia y Fuentes 11

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El Ciclo del Carbono

El ciclo del Carbono_kathryn Gregory Wodzicki Grafico extraido : www.ldeo.columbia.edu/users/gregory/CicloCarbono.pdf

El carbono es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación,

puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica. Se conocen cerca de 10 millones de compuestos de carbono, y forma parte de todos los seres vivos conocidos. El

oxígeno molecular (O2) representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este elemento abastece las necesidades de todos los organismos terrestres respiradores y cuando se disuelve en el

agua, las necesidades de los organismos acuáticos. Por cada molécula de oxígeno utilizada en la respiración celular, se libera una molécula de bióxido de carbono. Inversamente, por cada

molécula de bióxido de carbono absorbida en la fotosíntesis, se libera una molécula de oxígeno. El Ciclo del carbono es básico en la formación de las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; pues todas las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de

carbonos enlazados entre sí. La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos pueden asimilar,

estan en la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03%, y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera

cada 20 años. La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración, los seres vivos oxidan los

alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los

animales más visibles. Los productos finales de la combustión son CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace posible la vida. Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante la

fotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos. Como todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese mismo proceso diariamente, no

es posible siquiera imaginar la cantidad de CO2 empleada en la fotosíntesis. En la medida de

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que el CO2 es consumido por las plantas, también es remplazado por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de

combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc. Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la que tiene en el aire.

“ El ciclo del carbono (CO2) es la sucesión de transformaciones que sufre el carbono a lo largo del tiempo”.

El Ciclo del carbono_Grafico extraido : http://www.mapfre.com/fundacion/html/revistas/seguridad/nEspecial2009/img/cap8.16.jpg

Es un ciclo biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la Tierra, y en él

se ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida. En este proceso se regula la transferencia de carbono entre la atmósfera y la litosfera (océanos y suelo). El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua, formando ácido carbónico que

ataca los silicatos que constituyen las rocas. Estos iones disueltos en agua alcanzan el mar, son asimilados por los animales para formar sus tejidos, y tras su muerte se depositan en los

sedimentos. El retorno a la atmósfera se produce en las erupciones volcánicas tras la fusión de las rocas que lo contienen. Este último ciclo es de larga duración, al verse implicados los mecanismos geológicos. Además, hay ocasiones en las que la materia orgánica queda sepultada

sin contacto con el oxígeno que la descomponga, produciéndose así la fermentación que lo transforma en carbón, petróleo y gas natural.

El almacenamiento del carbono en los depósitos fósiles supone en la práctica una rebaja de los niveles atmosféricos de dióxido de carbono. Si éstos depósitos se liberan, como se viene

haciendo desde hace tiempo con el carbón, o más recientemente con el petróleo y el gas natural, el ciclo se desplaza hacia un nuevo equilibrio en el que la cantidad de CO2 atmosférico es mayor; más aún si las posibilidades de reciclado del mismo se reducen al disminuir la masa

boscosa y vegetal. La explotación de combustibles fósiles para sustentar las actividades industriales y de transporte

(junto con la deforestación), es hoy día, una de las mayores agresiones que sufre el planeta, con las consecuencias que estan llevando a todo el globo terrestre a un cambio climático, por

efecto invernadero.

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El ciclo del carbono se basa en 3 componentes simultaneos del cual depende la sustentacion de la vida.

1. Fotosíntesis y Respiración

Corte de una Hoja_Fotosintesis_Grafico Extraido :http://2.bp.blogspot.com

La cantidad de CO2 en la atmósfera es controlado por el ciclo de carbono. El primer componente

del ciclo del carbono es la fotosíntesis y respiración de las plantas:

CO2 + H2O + energía « CH2O (carbohidrato) + O2

Durante el dia, las plantas usan la energía del Sol para convertir el CO2 de la atmósfera mas agua en carbohidrato y oxigeno. Este proceso es la fotosíntesis. Durante la noche, hacen lo opuesto, produciendo lo que se llama respiración. Usan el carbohidrato mas el oxigeno para

producir energía cuando no hay sol. Esto es lo que los humanos y animales hacen todo el tiempo.Si quemamos las plantas, o productos con gran cantidad de material orgánico,como el

petroleo o hulla, o si las plantas mueren y se descomponen, la reaccion usa oxigeno y liberan CO2 que se acumula directamente en la atmosfera. Si se deposita materia orgánica en sedimentos, este almacena CO2 y lo libera muy lentamente lo que convierte al suelo en un gran

almacen de CO2.

Estoma del Malvon (Pelargonium hortorum) Estoma

Grafico extraido : www.efn.uncor.edu

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Los estomas juegan un papel fundamental en el equilibrio que deben mantener las hojas entre la fotosíntesis y el mantenimiento del agua dentro de la planta. La presencia de la cuticula

recubriendo toda la superficie de la hoja hace que ésta sea impermeable, lo que permite que la planta evite perder agua por evaporación en un área tan extensa. Sin embargo, ese mismo

hecho impide que el dióxido de carbono llegue a las células que realizan la fotosíntesis, bloqueando el proceso. Los estomas constituyen una solución de compromiso entre ambas

necesidades: las células de la cámara subestimática no están impermeabilizadas, por lo que a través de los ostíolos se produce tanto el intercambio de gases como la pérdida de agua por evaporación. Además, el tamaño del ostíolo es regulable mediante cambios de turgencia de las

células oclusivas, de modo que la planta puede abrir o cerrar los estomas en función de sus necesidades en cada momento.

2. Procesos Rápidos Oceánicos.

El segundo componente son los procesos rápidos en el océano. La quimica de la capa superficial del océano (100m), esta muy relacionada con la atmósfera. Entonces el CO2 es

consumido y liberado constantamente por el océano, existiendo un equilibrio entre la cantitad consumida y la liberada. Hay dos procesos que almacenan CO2 en el oceáno.

El primer proceso es quimico, el CO2 se combina con un ion de carbonato para formar bicarbonato:

CO2 + CO3-2 (carbonato) + H2O « 2HCO3 (bicarbonato)

Esta reaccion es mas rapida con mas CO2 en la atmósfera. Entonces si hay mas CO2 en la atmósfera, el océano almacena mas CO2. El océano de esta forma regula el CO2 en la

atmósfera, pero no lo suficientemente rápido para quitar todo el CO2 que el ser humano esta añadiendo.

El 2º proceso en el cual los océanos consumen CO2 es mediante el plancton. El plancton fotosintetiza de manera que utiliza el CO2. Cuando muere, se cae al fondo, decompone, y el

CO2 se disuelve en aguas profundas, que no se mezclan con la atmósfera. Un pequeña parte de la materia orgánica esta enterrada en sedimentos, y CO2 esta aislado de la atmósfera.

Esto proceso es limitado por la cantidad de nutrientes en el océano, asi como el nitrogeno y el fósforo.

3. El Ciclo de Roca: Ciclo Lento.

El tercer componente en el ciclo del carbono es el ciclo de roca. El ciclo de carbonato-silicato. Por la tierra, cuando el CO2 reacciona con el agua en el suelo, forma el ácido carbónico:

CO2 + H2O « H2CO3 (ácido carbónico) El ácido carbónico es muy efectivo para meteorizar las rocas, dicho de otra manera, es efectivo

para destruir quimicamente la roca, especielmente las que contienen silicatos de calcio o magnesio. Las Rocas siliceas son muy comunes en la corteza de la Tierra. El ácido carbónico

meteoriza los silicatos a cálcio, magnesio y a iones de bicarbonato.

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Concentracion de CO2 en la Tierra

La concentracion de CO2 medida desde 1957 en Hawaii (centro de control), arroja que subió de 315 ppm a 387 ppm (partes por millon) a causa de la combustion de selvas, la producción de cemento, y la combustion de hidrocarburos como el petroleo. Hay un variacion de ppm cada

año, cuyo mayor alcance es en Mayo, y un el punto mas bajo en Septiembre. La oscilácion es por la fotosíntesis y la respiración. Hay un exceso del proceso de la fotosíntesis

en el hemisferio norte en primavera y verano, y un exceso de respiración en otoño y invierno.El promedio de la concentración esta dominando por el hemisferio del norte, porque tiene mas

tierra en latitudes medias y por lo tanto mas vegetacion estacional que el hemisferio del sur. Puede verse la misma oscilación estacional en el hemisferio sur, pero es menos fuerte. En los tropicos, las plantas crecen todo el año, lo que produce que no haya una oscilación marcada.

Los niveles de dióxido de carbono (CO2) en la Tierra alcanzan 387 partes por millón (ppm), un 40% más que en la revolución industrial, según los científicos del observatorio Mauna Loa en

Hawai, que vienen midiendo los niveles de este gas desde 1957. Así, la concentración actual de CO2 en la atmósfera ha alcanzado los niveles más altos en 650.000 años.

Los datos obtenidos por estos investigadores, publicados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos, confirman que el CO2 se está acumulando en la atmósfera mucho más rápido de lo previsto. La tasa de crecimiento anual en 2007 fue de 2.14

ppm, el cuarto año de los últimos seis en que el crecimiento anual sobrepasó los 2 ppm. Desde 1970 hasta el año 2000 la concentración alcanzó los 1.5 ppm por año, pero desde 2000 la cifra

ha aumentado a un promedio de 2.1 ppm. Este comportamiento podría estar indicando que la Tierra está perdiendo su habilidad natural de absorber miles de millones de toneladas de CO2 cada año, ello supondría que los modelos

climáticos, basados en la supuesta capacidad de absorción de bosques y océanos estarían equivocados.

"Nos encontramos en un momento clave en la historia contra el cambio climático y las noticias no son muy alentadoras", aseguró, Robin Oakley, director de la campaña contra el cambio climático de Greenpeace. "La última vez que alcanzamos estos niveles, los humanos ni siquiera habían evolucionado como especie". Compensación del Carbono

La secuestración del carbono sucede cuando se impide que el dióxido de carbono sea liberado

en la atmósfera, o cuando es removido de la atmósfera para ser guardado en sitios fijos donde puede ser almacenado por largo tiempo. Los árboles son un primordial ejemplo de un eficiente "carbon sink", absorbiendo el dióxido de carbono de la atmósfera a través del proceso

fotosintético. La secuestración del carbono es una forma efectiva de mitigar el efecto de las actividades

humanas, como el uso de petróleo para operar vehículos a motor, calefaccionar casas y alimentar fábricas, y al mismo tiempo beneficiar a la biodiversidad. Una forma de reducir el impacto de los gases emitidos por los combustibles es plantar más árboles para que éstos

absorban el dióxido de carbono. Al capturar o remover el dióxido de carbono de la atmósfera, y almacenándolo, hay una oportunidad para reducir la gradiente ascendente del calentamiento

global.

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El Ciclo del carbono _Grafico extraido : http://bosquespicobonito.com/es/images/carbon-cycle.jpg

El Ciclo del Carbono en el biodeterioro de la madera

La composición media de la madera en porcentaje de peso seco corresponde entre un 40% a

62% de celulosa, 15% a 30% de hemicelulosa, y 18% a 38% de lignina. La celulosa esta formada

por largas cadenas carbonadas cuyo elemento principal es un azúcar (Celobiosa), que es un disacárido similar a la maltosa. La hidrólisis de la celulosa conduce a la celobiosa que a su vez se

hidroliza como glucosa. La hemicelulosa representa la parte glucidica de la madera fácilmente hidrolizable en aldosas y acidos uronicos.La madera de las angiospermas posee

fundametalmente xilosa (10% a 30%) y las de las gimnospermas manosa (8% a 12%). La lignina

representa la parte no soluble de la madera. La madera esta compuesta en su mayoría por sustancias que no son útiles a la mayoría de los

animales, sin embargo otros constituyentes de la misma tienen valor nutritivo para algunos, estos son los llamados azucares solubles, siendo los mas importantes la sacarosa, la levulosa, la

glucosa y la melicitosa, su porcentaje varia entre el 0,2% y 4%. El almidon también esta

presente en la misma cantidad .La proteínas se encuentran en las células vivas de los radios medulares y en la corteza. Las capas exteriores son mas ricas en azucares y proteínas que el

centro del árbol, lo que explica la preferencia de los insectos xilófagos en las capas periféricas de la albura y cambium, también de madera mas blanda. Aparte de estos componentes también es posible encontrar sales mineales entre un 0,2% y 0,9%.

La composición química de la madera va cambiando a medida que avanza la descomposición del tronco en el bosque, la tasa de nitrogeno es muy baja en la madera sana y aumenta a medida que la madera se va carcomiendo y es alta en la madera en alto grado de descomposición. La

relación C/N es elevada en la madera sana y disminuye con la descomposición del tronco. De esta forma la madera en pie o en servicio, cuando se dan las condiciones de ataque de

organisms xilofagos, reproduce la sucesion de colonizacon natural de los organismos que se produce en la naturaleza, en la cual el carbono que se almaceno en las paredes celulares de la

madera acelerara su ciclo, a traves de otros organismos, que la usaran como comida o como

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nido, llegandose finalmente al gran almacen de carbono que es el suelo, que lo ira liberando paulatinamente para reconstiuir el ciclo.

La madera muerta representa, de esta manera, un hábitat que provee refugio, alimento y lugares de cría para muchos organismos. A nivel del ecosistema, las diferentes formas en que se presenta la madera muerta, ramas, árboles muertos en pie, troncos y tocones, contribuyen en

gran medida a elevar la heterogeneidad espacial; asimismo, las condiciones en las que se encuentre la madera determinarán a los organismos que se presenten en ella, se encontrarán

asi diferentes especies en un tronco situado a pleno sol que en otro localizado en condiciones de penumbra; asimismo, en un tronco en pie o derribado se presentan distintos microhábitats:

bajo el tronco, bajo la corteza, en la albura (xilema externo), en el duramen (xilema interno), en la base y en el ápice del tronco, estos microhábitats muestran distintas condiciones de temperatura, humedad y materia orgánica las cuales propiciarán el establecimiento y desarrollo

de especies características de cada uno de ellos (Hunter, 1990 y Dajoz, 2000). En escala temporal, otro aspecto que contribuye a elevar la diversidad es la microsucesión que

se presenta conforme la madera muerta se descompone hasta integrarse al suelo. En cada una de las distintas etapas, desde el árbol en pie recién muerto, la pérdida gradual de la corteza, el

derribo parcial o total del fuste, la descomposición del tronco y del tocón hasta la incorporación de toda esta materia orgánica al suelo, se presentan cientos o miles de especies que se van sucediendo unas a otras y que van creando las condiciones propicias para el establecimiento de

las especies propias de la siguiente etapa. De esta forma, se van integrando redes alimentarias muy complejas, formadas por organismos saproxílicos con distinto papel trófico como los

descomponedores de la madera o saproxilófagos, depredadores o consumidores secundarios, parasitoides, micófagos y aún organismos productores como algunas plantas que crecen sobre los troncos (Maser y Trappe, 1984 y Dajoz, 1974, 2000).

Sucesion en la colonizacion de Organismos en la Madera

Existe una sucesión típica de organismos en la colonización de madera en descomposición, en

cierta forma esto marca el orden en que se sucederán los hechos si la madera en servicio entra en un régimen natural de biodeterioro. Conforme avanza el estado de descomposición van apareciendo los primeros invertebrados que llegan al festin que se desarrollara primeramente en

corteza, aparecen asi dermápteros, seudoescorpiones, isópodos, arañas, psocidos, centipedos, colémbolos, coleoteros barrenadodes, y un gran numero de acaros.

Depues llegan los que se alimenan del floema, con existencia de azucares y almidones, acaros, coleombolos, coleópteros de corteza de gran masticación y microorganismos que producen las

enzimas que permiten descomponer los elementos complejos en simples , sus larvas, y larvas de dípteros. En un estado intermedio de descomposición con la parte de corteza ya fragmentada se alojan

todo tipo de organismos larvarios, que desarrolan su ciclo hacia el empupe. Luego llegan los que consumen de la albura y duramen, con los que ya estaban, ya que la

madera de estas capas es mas blanda y muy nutritiva en azucares, proteínas y almidones, apta para todos los organismos anteriores, sin contar otros organismos que utilizan los troncos como albergue, roedores, tarantulas, lagartijas y serpientes, que también se alimentan de los

huéspedes del tronco caído, para llegar a su estado final de descomposición semienterrado y en contacto con el humus del suelo.

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Los ultimos descomponedores_Grafico extraido : http://lh4.ggpht.com

Finalmente la madera muerta es un campo relativamente pobre en elementos minerales, contiene potasio , calcio, fosforo y compuestos nitrogenados que deben ser descompuestos para

que vuelvan al ecosistema, reconstituyendo el ciclo. Sin embargo, estos elementos deben ser mineralizados y aprovechables por medio de organismos descomponedores, de tal manera que

puedan ser reincorporados a los ciclos biogeoquímicos; la descomposición de la madera es un proceso que puede llevar de varios años hasta algunas décadas. En algunos bosques la madera

puede contener el 23% del potasio del ecosistema, el 21% de calcio y el 16% de su nitrógeno, sin embargo las reservas del suelo de los bosques templados son mucho más elevadas, no así en los bosques tropicales en los cuales el suelo es muy pobre en elementos minerales, muchos

de los cuales se encuentran en la biomasa vegetal (Dajoz, 2000) Un elemento muy importante en la descomposición de la madera es la familia de los hongos de

repisa. Durante la descomposición de la madera los hongos y bacterias digieren el carbono y absorben el nitrógeno, de esta manera los animales que se alimentan de tejido microbial se

nutren del nitrógeno contenido en la madera; otras bacterias fijadoras de nitrógeno pueden adicionar este elemento a la madera, proveniente de la atmósfera, al mismo tiempo, la lluvia que cae sobre el tronco y las excretas de los animales la enriquecen todavía más, la cual será

gradualmente colonizada por plantas que podrán absorber todos estos nutrientes disponibles (Maser y Trappe, op. cit.). Los suelos localizados bajo los troncos en descomposición son

también enriquecidos; en algunos bosques de hoja ancha la cantidad de materia orgánica en el suelo es cuadruplicada, la biomasa de las raíces es doblada y los niveles de calcio son quintuplicados (Dajoz, 2000). La madera muerta es considerada una reserva de carbono y un

sitio para la fijación de nitrógeno y acumulación de materia orgánica, de este modo actúa como un liberador de fertilizante a largo plazo, sin embargo, continúa siendo materia de debate si la

cosecha intensiva de madera puede desabastecer de ciertos nutrimentos a los bosques; aún no entendemos la dinámica de éstos en un plazo de varias décadas y menos de algunos siglos y

debemos tomar precauciones para evitar que surjan problemas de agotamiento de nutrimentos en nuestros bosques (Hunter, 1990; Torres, 1994).

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Bibliografia y Fuentes Capitulo 3 : El Ciclo del Carbono LOPEZ Silvia Edith. Desintegracion de tejidos.[PDF]. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de Bs As.

Departamento de Biodiversidad y Biologia experimental. 2011 Disponible en Web: www.dbbe.fcen.uba.ar/new/contenido/.../DesTejidos20111021.pdf

DELGADO Leonardo; PEDRAZA PÉREZ Rosa Amelia. La Madera Muerta De Los Ecosistemas Forestales.[PDF].

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DE LA PIEDRA Cacho, G. 2004. Sucesión de invertebrados en troncos en descomposición en Cuetzalan del Progreso, Puebla, México. [PDF]. Tesis Licenciatura. Biología con área en Ecología. Departamento de Química

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