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Los ciclos biogeoquimicos
 

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    Los ciclos biogeoquimicos Los ciclos biogeoquimicos Document Transcript

    • LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOSLa materia circula desde los seres vivos hacia el ambienteabiótico, y viceversa. Esa circulación constituye los ciclosbiogeoquímicos, que son los movimientos de agua, decarbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y otroselementos que en forma permanente se conectan con loscomponentes bióticos y abióticos de la Tierra. Lassustancias utilizadas por los seres vivos no se "pierden"aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesiblespara los organismos por un largo período. Sin embargo,casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circulavarias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuerade ellos.Nuestro planeta actúa como un sistema cerrado donde lacantidad de materia existente permanece constante, perosufre permanentes cambios en su estado químico dandolugar a la producción de compuestos simples y complejos.Es por ello que los ciclos de los elementos químicosgobiernan la vida sobre la Tierra, partiendo desde unestado elemental para formar componentes inorgánicos,luego orgánicos y regresar a su estado elemental. En lascadenas alimentarias, los productores utilizan la materiainorgánica y la convierten en orgánica, que será la fuentealimenticia para todos los consumidores. La importanciade los descomponedores radica en la conversión quehacen de la materia orgánica en inorgánica, actuandosobre los restos depositados en la tierra y las aguas. Esoscompuestos inorgánicos quedan a disposición de losdistintos productores que inician nuevamente el ciclo.Los ciclos biogeoquímicos más importantes correspondenal agua, oxígeno, carbono y nitrógeno. Gracias a estosciclos es posible que los elementos principales (carbono,hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre) esténdisponibles para ser usados una y otra vez por otrosorganismos.
    • Los ciclosbiogeoquímicos pueden ser gaseosos, sedimentarios ymixtos.-Ciclos gaseososLos elementos casi siempre se distribuyen tanto en laatmósfera como en el agua y de ahí a los organismos, yasí sucesivamente.Los elementos que cumplen ciclos gaseosos son elcarbono, el oxígeno y el nitrógeno.La transformación de elementos de un estado a otro esrelativamente rápida.-Ciclos sedimentariosSon aquellos donde los elementos permanecen formandoparte de la tierra, ya sea en las rocas o en el fondomarino, y de ahí a los organismos. En estos, latransformación y recuperación de estos elementos esmucho más lenta. Ejemplos de ciclos sedimentarios son eldel fósforo y el del azufre.-Ciclos mixtosEl ciclo del agua es una combinación de los ciclos gaseosoy sedimentario, ya que esa sustancia permanece tanto enla atmósfera como en la corteza terrestre.Los ciclos biogeoquímicos más importantes correspondenal agua, oxígeno, carbono y nitrógeno.EL AGUAToda el agua de la Tierra forma la hidrosfera, que sedistribuye en tres reservorios principales: los océanos,los continentes y la atmósfera. Entre estos reservoriosexiste una circulación continua. Alrededor del 70% de lasuperficie del planeta está cubierta por las aguas de losocéanos, lagos, ríos, arroyos, manantiales y glaciares. Al
    • perforar el subsuelo, por lo general se puede encontraragua a profundidades diversas (agua subterránea omantos freáticos). La luz solar es la fuente de energíatérmica necesaria para el paso del agua desde las faseslíquida y sólida a la fase de vapor, y también es el origende las circulaciones atmosféricas que transportan elvapor de agua y mueven las nubes.Ciclo del aguaLos rayos solares calientan las aguas. El vapor sube a latroposfera en forma de gotitas. El agua se evapora y seconcentra en las nubes. El viento traslada las nubesdesde los océanos hacia los continentes. Diagrama del ciclo del agua A medida que seasciende bajan las temperaturas, por lo que el vapor secondensa. Es así que se desencadenan precipitaciones enforma de lluvia y nieve.El agua caída forma los ríos y circula por ellos. Además, elagua se infiltra en la tierra y se incorpora a las aguassubterráneas (mantos freáticos). Por último, el agua delos ríos y del subsuelo desemboca en los mares. ANIMACIÓNEL CARBONOEs uno de los elementos más importantes de lanaturaleza. Combinado con oxígeno forma dióxido de
    • carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO).La atmósfera contiene alrededor de 0.03 % de dióxido decarbono. Es el elemento básico de los compuestosorgánicos (hidratos de carbono, lípidos, proteínas yácidos nucleicos). El carbono también forma parte desales llamadas carbonatos, como el carbonato de sodio(Na2CO3) y el carbonato de calcio (CaCO3), entre otras.Ciclo del carbonoEl carbono, como dióxido de carbono, inicia su ciclo de lasiguiente manera:Durante la fotosíntesis, los organismos productores(vegetales terrestres y acuáticos) absorben el dióxido decarbono, ya sea disuelto en el aire o en el agua, paratransformarlo en compuestos orgánicos. Losconsumidores primarios se alimentan de esosproductores utilizando y degradando los elementos decarbono presentes en la materia orgánica. Gran parte deese carbono es liberado en forma de CO2 por larespiración, mientras que otra parte se almacena en lostejidos animales y pasa a los carnívoros (consumidoressecundarios), que se alimentan de los herbívoros. Es asícomo el carbono pasa a los animales colaborando en laformación de materia orgánica.Los organismos de respiración aeróbica (los que utilizanoxígeno) aprovechan la glucosa durante ese proceso y aldegradarla, es decir, cuando es utilizada en sumetabolismo, el carbono que la forma se libera paraconvertirse nuevamente en dióxido de carbono queregresa a la atmósfera o al agua.Los desechos de las plantas, de los animales y de restosde organismos se descomponen por la acción de hongos ybacterias. Durante este proceso de putrefacción por partede los descomponedores, se desprende CO2. Distribución del carbono en el universo
    • Diagrama del ciclo del carbono En nivelesprofundos del planeta, el carbono contribuye a laformación de combustibles fósiles, como el petróleo. Esteimportante compuesto se ha originado de los restos deorganismos que vivieron hace miles de años. Durante laserupciones volcánicas se libera parte del carbonoconstituyente de las rocas de la corteza terrestre.Una parte del dióxido de carbono disuelto en las aguasmarinas ayuda a determinados organismos a formarestructuras como los caparazones de los caracoles demar. Al morir, los restos de sus estructuras se depositanen el fondo del mar. Con el paso del tiempo, el carbono sedisuelve en el agua y es utilizado nuevamente durante suciclo.Los océanos contienen alrededor del 71% del carbono delplaneta en forma de carbonato y bicarbonato. Un 3%adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y elfitoplancton. El carbón fósil representa un 22%. Losecosistemas terrestres, donde los bosques constituyen laprincipal reserva, contienen alrededor del 3-4% delcarbono total, mientras que un pequeño porcentaje se
    • encuentra en la atmósfera circulante y es utilizado en lafotosíntesis. ANIMACIÓNEL OXÍGENOLa atmósfera posee un 21% de oxígeno, y es la reservafundamental utilizable por los organismos vivos. Ademásforma parte del agua y de todo tipo de moléculasorgánicas.Ciclo del oxígenoEl ciclo del oxígeno está estrechamente vinculado al delcarbono, ya que el proceso por el cual el carbono esasimilado por las plantas (fotosíntesis) da lugar a ladevolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que en elproceso de respiración ocurre el efecto contrario.Otra parte del ciclo natural del oxígeno con notableinterés indirecto para los organismos vivos es suconversión en ozono (O3). Las moléculas de O2, activadaspor las radiaciones muy energéticas de onda corta, serompen en átomos libres de oxígeno (O) que reaccionancon otras moléculas de O2, formando ozono. Esta reacciónse produce en la estratosfera y es reversible, de formaque el ozono vuelve a convertirse en oxígeno absorbiendoradiaciones ultravioletas.EL NITRÓGENOLa reserva fundamental es la atmósfera, que estácompuesta por un 78% de nitrógeno. No obstante, lamayoría de los seres vivos no lo puede utilizar en formadirecta, con lo cual dependen de los minerales presentesen el suelo para su utilización. En los organismosproductores el nitrógeno ingresa en forma de nitratos, yen los consumidores en forma de grupos amino. Existenalgunas bacterias especiales que pueden utilizardirectamente el nitrógeno atmosférico. Esas bacteriasjuegan un papel muy importante en el ciclo al hacer lafijación del nitrógeno. De esta forma convierten el
    • nitrógeno en otras formas químicas como amonio ynitratos, para que puedan ser aprovechadas por lasplantas.Ciclo del nitrógenoEstá compuesto por las siguientes etapas.1- Fijación: se produce cuando el nitrógeno atmosférico(N2) es transformado en amoníaco (NH3) por bacteriaspresentes en los suelos y en las aguas. Rhizobium es ungénero de bacterias que viven en simbiosis dentro de losnódulos que hay en las raíces de plantas leguminosas. Enambientes acuáticos, las cianobacterias son importantesfijadoras de nitrógeno.2- Amonificación: es la transformación de compuestosnitrogenados orgánicos en amoníaco. En los animales, elmetabolismo de los compuestos nitrogenados da lugar ala formación de amoníaco, siendo eliminado por la orinacomo urea (humanos y otros mamíferos), ácido úrico(aves e insectos) o directamente en amoníaco (algunospeces y organismos acuáticos). Estas sustancias sontransformadas en amoníaco o en amonio por losdescomponedores presentes en los suelos y aguas. Eseamoníaco queda a disposición de otro tipo de bacterias enlas siguientes etapas.3- Nitrificación: es la transformación del amoníaco oamonio (NH4+) en nitritos (NO2–) por un grupo debacterias del género Nitrosomas para luego esos nitritosconvertirse en nitratos (NO3–) mediante otras bacteriasdel género Nitrobacter. 4- Asimilación:las plantas toman el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3–)por las raíces para poder utilizarlos en su metabolismo.Usan esos átomos de nitrógeno para la síntesis declorofila, de proteínas y de ácidos nucleicos (ADN y ARN).Los consumidores obtienen el nitrógeno al alimentarse deplantas y de otros animales.
    • 5- Desnitrificación: proceso llevado a cabo por bacteriasdesnitrificantes que necesitan utilizar el oxígeno para surespiración en suelos poco aireados y mal drenados. Paraello, degradan los nitratos y liberan el nitrógeno noutilizado a la atmósfera. ANIMACIÓN Diagrama del ciclo del nitrógeno NITRIFICACIÓN:transformación bacteriana de amoníaco en nitratos.DESNITRIFICACIÓN: transformación bacteriana de nitratos en nitrógeno.AMONIFICACIÓN: transformación de los desechos orgánicos en amoníacopor los descomponedores.ASIMILACIÓN: absorción de nitratos y amonio por las raíces de lasplantas.FIJACIÓN: transformación bacteriana del nitrógeno atmosférico enamoníaco.EL FOSFOROLa proporción de fósforo en la materia viva es bastantepequeña, pero el papel que desempeña es vital. Escomponente de los ácidos nucleicos como el ADN. Seencuentra presente en los huesos y piezas dentarias.En la fotosíntesis y en la respiración celular, muchassustancias intermedias están combinadas con el fósforo,tal el caso del trifosfato de adenosina (ATP) quealmacena energía.
    • El fósforo es el principal factor limitante del crecimientopara los ecosistemas, porque su ciclo está muyrelacionado con su movimiento entre los continentes ylos océanos.La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre yen los depósitos de rocas marinas. El fósforo seencuentra en forma de fosfatos (sales) de calcio, hierro,aluminio y manganeso.Ciclo del fósforoLa lluvia disuelve los fosfatos presentes en los suelos ylos pone a disposición de los vegetales. El lavado de lossuelos y el arrastre de los organismos vivos fertilizan losocéanos y mares. Parte del fósforo incorporado a lospeces es extraído por aves acuáticas que lo llevan a latierra por medio de la defecación (guano). Otra parte delfósforo contenido en organismos acuáticos va al fondo delas rocas marinas cuando éstos mueren. Las bacteriasfosfatizantes que están en los suelos transforman elfósforo presente en cadáveres y excrementos en fosfatosdisueltos, que son absorbidos por las raíces de losvegetales. Diagrama del ciclo del fósforo EL AZUFREEl azufre está presente dentro de todos los organismos
    • en pequeñas cantidades, principalmente en losaminoácidos (sustancias que dan lugar a la formación deproteínas). Es esencial para que tanto vegetales comoanimales puedan realizar diversas funciones. Lasmayores reservas de azufre están en el agua del mar y enrocas sedimentarias. Desde el mar pasa a la atmósferapor los vientos y el oleaje.Ciclo del azufreGran parte del azufre que llega a la atmósfera provienede las erupciones volcánicas, de las industrias, vehículos,etc. Una vez en la atmósfera, llega a la tierra con laslluvias en forma de sulfatos y sulfitos. Su combinacióncon vapor de agua produce el ácido sulfúrico. Cuando elazufre llega al suelo, los vegetales lo incorporan a travésde las raíces en forma de sulfatos solubles. Parte delazufre presente en los organismos vivos queda en lossuelos cuando éstos mueren. La descomposición de lamateria orgánica produce ácido sulfhídrico, de mal olor,devolviendo azufre a la atmósfera. Diagrama del ciclo del azufre