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Ciclos Biogeoquimicos Completos

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CICLOS BIOGEOQUIMICOS

El trmino ciclo biogeoqumico se deriva del movimiento cclico de los elementos


que forman los organismos biolgicos (bio) y el ambiente geolgico (geo) e
intervienen
en
un
cambio
qumico.
Son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas qumicas
desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua,
carbn, oxgeno, nitrgeno, fsforo y otros elementos recorren estos ciclos,
conectando los componentes vivos y no vivos de la Tierra.
Hay
tres
tipos
de
ciclos
biogeoqumicos
interconectados.
En los ciclos gaseosos, los nutrientes circulan principalmente entre la atmsfera
(agua) y los organismos vivos. En la mayora de estos ciclos los elementos son
reciclados rpidamente, con frecuencia en horas o das. Los principales ciclos
gaseosos
son
los
del
carbono,
oxgeno
y
nitrgeno.
En los ciclossedimentarios, los nutrientes circulan principalmente en la corteza
terrestre (suelo, rocas y sedimentos) la hidrosfera y los organismos vivos. Los
elementos en estos ciclos, generalmente reciclados mucho ms lentamente que
en los ciclos atmosfricos, porque los elementos son retenidos en las rocas
sedimentarias durante largo tiempo, con frecuencia de miles a millones de aos
y no tienen una fase gaseosa. El fsforo y el azufre son dos de los 36 elementos
reciclados
de
esta
manera.
En el ciclo hidrolgico; el agua circula entre el ocano, el aire, la tierra y los
organismos vivos, este ciclo tambin distribuye el calor solar sobre la superficie
del
planeta.
Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se
denominan macronutrientes. Son ejemplos: el carbono, oxgeno, hidrgeno,
nitrgeno, fsforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus
compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y ms de 95%
de la masa de todos los organismos. Los 30 o ms elementos requeridos por los
organismos en cantidades pequeas, o trazas, se llaman micronutrientes. Son
ejemplos
el
hierro,
cobre,
zinc,
cloro
y
yodo.

Este ciclamento de los nutrientes desde el ambiente no vivo (depsitos en la


atmsfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta los organismos vivos, y
de regreso al ambiente no vivo, tiene lugar en los ciclos biogeoqumicos
(literalmente, de la vida (bio) en la tierra (geo), estos ciclos, activados directa o
indirectamente por la energa que proviene del Sol, incluyen los del carbono,
oxgeno,
nitrgeno,
fsforo,
azufre
y
del
agua
(hidrolgicos).
El planeta Tierra acta como un sistema cerrado en el que las cantidades de
materia permanecen constantes. Sin embargo, s existen continuos cambios en
el estado qumico de la materia producindose formas que van desde un simple
compuesto qumico a compuestos complejos construidos a partir de esos
elementos. Algunas formas de vida, especialmente las plantas y muchos
microorganismos, usan compuestos inorgnicos como nutrientes. Los animales
requieren compuestos orgnicos ms complejos para su nutricin. La vida sobre
la Tierra depende del ciclo de los elementos qumicos que va desde su estado
elemental pasando a compuesto inorgnico y de ah a compuesto orgnico para
volver
a
su
estado
elemental.
As pues, toda la materia prima necesaria para garantizar el correcto
desarrollo de la vida en el planeta se encuentran dentro de nuestra biosfera.
Pero todos estos elementos, carbono, oxigeno, nitrgeno, fsforo, azufre, etc.,
imprescindibles para el metabolismo de los seres vivos, son necesarios en
diferentes formatos segn sus diferentes consumidores. Los productores
primarios utilizan directamente la materia inorgnica para nutrirse,
convirtindola en materia orgnica, utilizada a su vez por los productores
secundarios
para
su
desarrollo.
Este continuo cambio de estado de la materia hace que sta deba reciclarse
continuamente, con la participacin activa de organismos cuya funcin
ecolgica es, precisamente, reciclar la materia orgnica a su forma inorgnica,
para poder comenzar de nuevo su ciclo de utilizacin en la naturaleza. Por
referirse a las trayectorias de los elementos qumicos entre los seres vivos y el
ambiente en que viven, es decir, entre los componentes biticos y abiticos de
la biosfera estos complejos circuitos se denominan ciclos biogeoqumicos.
Gracias a los ciclos biogeoqumicos es posible que los elementos se encuentres
disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos la
vida se extinguira.
Tipos de Ciclos Biogeoqumicos
1.- Sedimentarios: los nutrientes circulan principalmente en la corteza
terrestre (suelo, rocas, sedimentos, etc) la hidrosfera y los organismos
vivos. Los elementos en estos ciclos son generalmente reciclados mucho
ms lentamente que en el ciclo gaseoso, adems el elemento se
transforma de modo qumico y con aportacin biolgica en un mismo
lugar geogrfico. Los elementos son retenidos en las rocas
sedimentarias durante largo periodo de tiempo con frecuencias de miles
a millones de aos. Ejemplos de este tipo de ciclos son el FSFORO y el
AZUFRE.

2.- Gaseoso: los nutrientes circulan principalmente entre la atmsfera y


los organismos vivos. En la mayora de estos ciclos los elementos son
reciclados rpidamente, con frecuencia de horas o das. Este tipo de
ciclo se refiere a que la transformacin de la sustancia involucrada
cambia de ubicacin geogrfica y que se fija a partir de una materia
prima gaseosa. Ejemplos de ciclos gaseosos son el CARBONO, el
NITRGENO y OXGENO.
3.- El Ciclo HIDROLGICO: el agua circula entre el ocano, la
atmsfera, la tierra y los organismos vivos, este ciclo adems distribuye
el calor solar sobre la superficie del planeta

Ciclo del Fsforo

La proporcin de fsforo en la materia viva es relativamente pequea, el


papel que desempea es vital. Es componente de los cidos nucleicos
como el ADN, muchas sustancias intermedias en la fotosntesis y en la
respiracin celular estn combinadas con el fsforo, y los tomos de
fsforo proporcionan la base para la formacin de los enlaces de alto
contenido de energa del ATP, se encuentra tambin en los huesos y los
dientes de animales, incluyendo al ser humano.
La mayor reserva de fsforo est en la corteza terrestre y en los
depsitos de rocas marinas.

Ciclo del Azufre


El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales
para realizar diversas funciones, adems el azufre est presente en
prcticamente todas las protenas y de esta manera es un elemento
absolutamente esencial para todos los seres vivos.
El azufre circula a travs de la biosfera de la siguiente manera, por una
parte se comprende el paso desde el suelo o bien desde el agua, si
hablamos de un sistema acutico, a las plantas, a los animales y regresa
nuevamente al suelo o al agua.
Algunos de los compuestos sulfricos presentes en la tierra son llevados
al mar por los ros. Este azufre es devuelto a la tierra por un mecanismo
que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como el cido
sulfhdrico (H2S) y el dixido de azufre (SO2). Estos penetran en la
atmsfera y vuelven a tierra firme. Generalmente son lavados por las
lluvias, aunque parte del dixido de azufre puede ser directamente
absorbido por las plantas desde la atmsfera.

Las bacterias desempean un papel crucial en el reciclaje del azufre.


Cuando est presente en el aire, la descomposicin de los compuestos
del azufre (incluyendo la descomposicin de las protenas) produce
sulfato (SO4=). Bajo condiciones anaerbicas, el cido sulfrico (gas de
olor a huevos en putrefaccin) y el sulfuro de dimetilo (CH 3SCH3) son los
productos principales. Cuando estos ltimos gases llegan a la atmsfera,
son oxidados y se convierten en bixido de azufre. La oxidacin posterior
del bixido de azufre y su disolucin en el agua de lluvia produce cido
sulfhdrico y sulfatos, formas principalmente bajo las cuales regresa el
azufre a los ecosistemas terrestres. El carbn mineral y el petrleo
contienen tambin azufre y su combustin libera bixido de azufre a la
atmsfera.
Como resumen podemos decir que durante el ciclo del azufre los
principales eventos son los siguientes:
El azufre, como sulfato, es aprovechado e incorporado por los vegetales
para realizar sus funciones vitales.
Los consumidores primarios adquieren el azufre cuando se alimentan de
estas plantas.
El azufre puede llegar a la atmsfera como sulfuro de hidrgeno (H2S) o
dixido de azufre (SO2), ambos gases provenientes de volcanes activos y
por la descomposicin de la materia orgnica.
Cuando en la atmsfera se combinan compuestos del azufre con el
agua, se forma cido sulfrico (H 2SO4) y al precipitarse lo hace como
lluvia cida.

Ciclo del Carbono

Un 18% de la materia orgnica viva est constituida por carbono, la


capacidad de dichos tomos de unirse unos con otros proporciona la
base de la diversidad molecular as como el tamao molecular. Por tanto
el carbono es un elemento esencial en todos los seres vivientes.
A parte de la materia orgnica, el carbono se combina con el oxgeno
para formar monxido de carbono (CO), dixido de carbono (CO 2),
tambin forma sales como el carbonato de sodio (Na 2CO3), carbonato
clcico (en rocas carbonatadas, como calizas y estructuras de corales).

Los organismos productores terrestres obtienen el dixido de carbono de


la atmsfera durante el proceso de la fotosntesis para transformarlo en
compuestos orgnicos como la glucosa, y los productores acuticos lo
utilizan disuelto en el agua en forma de bicarbonato (HCO3-).
Los consumidores se alimentan de las plantas, as el carbono pasa a
formar parte de ellos, en forma de protenas, grasas, hidratos de
carbono, etc.
En el proceso de la respiracin aerbica, se utiliza la glucosa como
combustible y es degradada, liberndose el carbono en forma de CO 2 a
la atmsfera. Por tanto en cada nivel trfico de la cadena alimentaria, el
carbono regresa a la atmsfera o al agua como resultado de la
respiracin.
Los desechos del metabolismo de las plantas y animales, as como los
restos de organismos muertos, se descomponen por la accin de ciertos
hongos y bacterias, durante dicho proceso de descomposicin tambin
se desprende CO2.
Las erupciones volcnicas son una fuente de carbono, durante dichos
procesos el carbono de la corteza terrestre que forma parte de las rocas
y minerales es liberado a la atmsfera.
En capas profundas de la corteza continental as como en la corteza
ocenica el carbono contribuye a la formacin de combustibles fsiles,

como es el caso del petrleo. Este compuesto se ha formado por la


acumulacin de restos de organismos que vivieron hace miles de aos.

Ciclo del Nitrgeno


Los seres vivos requieren tomos de nitrgeno para la sntesis de
molculas orgnicas esenciales como las protenas, los cidos nucleicos,
el ADN, por lo tanto es otro elemento indispensable para el desarrollo de
los seres vivos. El aire de la atmsfera contiene un 78% de nitrgeno,
por lo tanto la atmsfera es un reservorio de este compuesto. A pesar de
su abundancia, pocos son los organismos capaces de absorberlo
directamente para utilizarlo en sus procesos vitales. Por ejemplo las
plantas para sintetizar protenas necesitan el nitrgeno en su forma
fijada, es decir incorporado en compuestos.

Fijacin del Nitrgeno: tres procesos desempean un papel importante en la fijacin del
nitrgeno en la biosfera. Uno de estos es el relmpago. La energa contenida en un
relmpago rompe las molculas de nitrgeno y permite que se combine con el oxgeno
del aire.
Mediante un proceso industrial se fija el nitrgeno, en este proceso el hidrgeno y el
nitrgeno reaccionan para formar amoniaco, NH3. Dicho proceso es utilizado por ejemplo
para la fabricacin de fertilizantes.
Las bacterias nitrificantes son capaces de fijar el nitrgeno atmosfrico que utilizan las

plantas para llevar a cabo sus funciones. Tambin algunas algas verde-azules son
capaces de fijar el nitrgeno atmosfrico.
Descomposicin: los animales obtienen nitrgeno al ingerir vegetales, en forma de
protenas. En cada nivel trfico se libera al ambiente nitrgeno en forma de excreciones,
que son utilizadas por los organismos descomponedores para realizar sus funciones
vitales.
Nitrificacin: es la transformacin del amoniaco a nitrito, y luego a nitrato. Esto ocurre
por la intervencin de bacterias del gnero nitrosomonas, que oxidan el NH 3 a NO2-. Los
nitritos son oxidados a nitratos NO3- mediante bacterias del gnero nitrobacter.
Desnitrificacin: en este proceso los nitratos son reducidos a nitrgeno, el cual se
incorpora nuevamente a la atmsfera, este proceso se produce por la accin catablica
de los organismos, estos viven en ambientes con escasez de oxgeno como sedimentos,
suelos profundos, etc. Las bacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxgeno como
aceptor final de los electrones que se desprenden durante la respiracin. De esta
manera el ciclo se cierra.

Ciclo del Oxgeno

El oxgeno molecular (O2) representa el 20% de la atmsfera terrestre.


Este oxgeno abastece las necesidades de todos los organismos
terrestres que lo respiran para su metabolismo, adems cuando se
disuelve en agua, cubre las necesidades de los organismos acuticos. En
el proceso de la respiracin, el oxgeno acta como aceptor final para los
electrones retirados de los tomos de carbono de los alimentos. El
producto es agua. El ciclo se completa en la fotosntesis cuando se
captura la energa de la luz para alejar los electrones respecto a los
tomos de oxgeno de las molculas de agua. Los electrones reducen los
tomos de oxgeno de las molculas de agua. Los electrones reducen los
tomos de carbono (de dixido de carbono) a carbohidrato. Al final se
produce oxgeno molecular y as se completa el ciclo.
Por cada molcula de oxgeno utilizada en la respiracin celular, se libera una
molcula de dixido de carbono. Inversamente, por cada molcula de dixido de
carbono absorbida en la fotosntesis, se libera una molcula de oxgeno.

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