Ciclos Biogeoquimicos

Que son los Ciclos Biogeoquímicos:

Se denomina ciclo biogeoquímicos al movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, azufre, fósforo, potasio, y otros elementos entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción y descomposición. En la biosfera la materia es limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y la vida desaparecería. Un elemento químico o molécula es necesaria para la vida de un organismo, se llama nutriente o nutrimento. Los organismos vivos necesitan de 31 a 40 elementos químicos, donde el número y tipos de estos elementos varía en cada especie. Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan:

Macronutrientes: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más de 95% de la masa de todos los organismos.

Micronutrientes: Son los 30 ó más elementos requeridos en cantidades pequeñas como hierro, cobre, zinc, cloro, yodo, conocidos también como oligoelementos.

La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no están en formas útiles para los organismos. Pero, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes, son reciclados continuamente en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidos en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.

El ciclo de los nutrientes desde el biotopo (en la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta la biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos, ciclos activados directa o indirectamente por la energía solar, incluyen los del carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua (hidrológico). Así, una sustancia química puede ser parte de un organismo en un momento y parte del ambiente del organismo en otro momento. Por ejemplo, una molécula de agua ingresada a un vegetal, puede ser la misma que pasó por el organismo de un dinosaurio hace millones de años.

Gracias a los ciclos biogeoquímicos, los elementos se encuentran disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos ciclos los seres vivos se extinguirían por esto son muy importantes.

El término ciclo biogeoquímico se deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e intervienen en un cambio químico.

Hay tres tipos de ciclos biogeoquímicos, que están interconectados:

• Gaseoso. En el ciclo gaseoso, los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos. En la mayoría de estos ciclos los elementos son reciclados rápidamente, con frecuencia en horas o días. Los principales ciclos gaseosos son los del carbono, oxígeno y nitrógeno.

Hablemos de cada ciclo gaseoso:

Ciclo del Carbono

Es la sucesión de transformaciones que sufre el carbono a lo largo del tiempo. 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. El ciclo comprende dos sub-ciclos que se suceden a distintas velocidades:

o Ciclo biológico: comprende los intercambios de carbono (CO2) entre los seres vivos y la atmósfera, es decir, la fotosíntesis, proceso mediante el cual el carbono queda retenido en las plantas y la respiración que lo devuelve a la atmósfera. Este ciclo es relativamente rápido, estimándose que la renovación del carbono atmosférico se produce cada 20 años.

o Ciclo biogeoquímico: 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, resultando iones bicarbonato. 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 tiempo inmemorial 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 por todos conocidas: cambio climático (por el efecto invernadero), desertización, etc.

Los pasos más importantes del ciclo del carbono son los siguientes:

a. El dióxido de carbono en la atmósfera es absorbido por las plantas y convertido en azúcar, por el proceso de fotosíntesis.

b. Los animales comen plantas y al descomponer los azúcares dejan salir carbono a la atmósfera, los océanos o el suelo.

c. Otros organismos descomponen las plantas muertas y las materias animales, devolviendo carbono al medio ambiente.

d. El carbono también se intercambia entre los océanos y la atmósfera. Esto sucede en ambos sentidos en la interacción entre el aire y el agua.

Ciclo del Oxigeno:

El oxígeno molecular (O2) representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este patrimonio abastece las necesidades de todos los organismos terrestres respiradores y cuando se disuelve en el agua, las necesidades de los organismos acuáticos. En el proceso de la respiración, el oxígeno actúa como aceptor final para los electrones retirados de los átomos de carbono de los alimentos. El producto es agua. El ciclo se completa en la fotosíntesis cuando se captura la energía de la luz para alejar los electrones respecto de los átomos de oxígeno de las moléculas de agua. Los electrones reducen los átomos de carbono (de bióxido de carbono) a carbohidratos. Al final se produce oxígeno molecular y así el ciclo se completa.

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.

Ciclo del Nitrógeno:

Representa un ejemplo típico de nutrientes gaseosos. Constituye el elemento predominante de la atmósfera (79%). Las bacterias nitrificantes fijan el nitrógeno atmosférico y lo convierten en sales de nitrógeno, nitritos o nitratos, que las plantas absorben del suelo a través de sus raíces. Con el nitrógeno, la planta fabrica proteínas durante la fotosíntesis, las cuales son ingeridas en forma directa por herbívoros o Indirecta por carnívoros. Cuando los organismos mueren, sus cuerpos son desintegrados por la acción bacteriana, formándose amoniaco; otras bacterias convierten el amoniaco en nitratos, o lo liberan en forma gaseosa por acción de bacterias desnitrificantes; de esta manera el nitrógeno regresa a la atmósfera.

El ciclo comprende varias fases

o El principal depósito de nitrógeno está en la atmosfera, en forma de gas.

o El nitrógeno transformado en gas, se convierte en nitrato. Mediante los procesos de fijación:

- Fijación biológica: Que es la acción de las bacterias fijadoras de nitrógeno que viven en el suelo o en los nódulos de raíces de leguminosas.

- Fijación atmosférica: Es mediante un proceso fisicoquímico que se da cuando los relámpagos convierten nitrógeno en ácido nítrico, se disuelve y precipita la tierra.

- Fijación industrial: mediante el proceso Haber-Bosch, que se basa en el mismo principio de fijación atmosférica.

o Las plantas obtienen sus compuestos de nitrógeno a partir del suelo a través de sus raíces. Los animales a través de tejidos vegetales.

o Los compuestos de nitrógeno regresan al suelo cuando las plantas y los animales mueren o eliminan sus desechos, las bacterias y hongos degradan los tejidos de los desechos reduciéndolos a aminoácidos.

o Algunos nitratos se pierden al formar parte de los sedimentos.

o Casi todos los nitratos se alteran por la acción de las bacterias desnitrificantes liberando nitrógeno gaseoso, lo cual retorna a la atmosfera. Este proceso se denomina desnitrificación.

o El gas que sale de los volcanes es rico en nitrógeno, por lo que añade

nuevas cantidades del elemento a la atmosfera.

• Sedimentario. Proporcionados por la corteza terrestre, por ejemplo: Fósforo y azufre.

Hablemos de cada uno

Ciclo del Fosforo:

Es un ejemplo de un ciclo sedimentario cuya principal área de almacenamiento del elemento se encuentra en la corteza terrestre. Otros elementos que presentan ciclos muy similares son el calcio, el hierro, el potasio, el manganeso, el sodio y el azufre. Algunos de estos elementos sólo existen

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