Ciclos Biogeoquímicos

Patrones y Tipos Básicos

Ciclos Gaseosos

Ciclos Sedimentarios

El Ciclo Hidrológico

Los nutrientes son elementos y pequeñas moléculas que forman los bloques

constructores químicos de la vida.

Los macronutrientes los organismos los requieren en grandes cantidades.

Ejemplos: agua, carbono, hidrógeno, oxigeno, nitrógeno, fósforo, azufre y calcio.

Los micronutrientes solo se requieren en pequeñas cantidades, algunos ejemplos son: zinc, molibdeno, hierro, selenio y yodo.

CICLO DEL CARBONO

• Las cadenas de átomos de carbono forman el armazón de todas las moléculas orgánicas, los bloques constructores de la vida.

• El ciclo del carbono describe el movimiento del carbono desde sus principales depósitos a corto plazo en la atmósfera y los océanos, a través de los productores y hacia los cuerpos de los consumidores y detritófagos, y luego de vuelta nuevamente a sus depósitos.

• El carbono entra en la comunidad viviente cuando los productores capturan dióxido de carbono (CO2) durante la fotosíntesis. En tierra, los organismos fotosintéticos adquieren CO2 de la atmósfera, donde representa 0.038% de todos los gases atmosféricos. Los productores acuáticos como el fitoplancton obtienen el CO2 (que necesitan para la fotosíntesis) del agua, donde está disuelto. Los productores regresan parte del CO2 a la atmósfera o agua durante la respiración celular, e incorporan el resto en sus cuerpos.

• La quema de bosques regresa dióxido de carbono desde estos productores de vuelta a la atmósfera.

• Cuando los consumidores primarios comen productores, adquieren el carbono almacenado en los tejidos de los productores. Como ocurre con los productores, dichos herbívoros y los organismos en los niveles tróficos superiores que los consumen liberan CO2 durante la respiración, excretan compuestos de carbono en sus heces y almacenan en resto en sus tejidos.

• Todos los seres vivientes eventualmente mueren, y sus cuerpos se descomponen con ayuda de los detritófagos y los saprófitos. La respiración celular por parte de estos organismos regresa CO2 a la atmósfera y a los océanos.

• Los procesos complementarios de ingesta por fotosíntesis y liberación por respiración celular continuamente transfieren carbono desde las porciones abióticas hacia las bióticas de un ecosistema y de vuelta.

• Gran parte del carbono de la Tierra está ligado en la piedra caliza, que se forma con carbonato de calcio (caco3) depositado en el lecho marino en las conchas de fitoplancton prehistórico. Pero dado que el movimiento del carbono desde esta fuente hasta la atmósfera y de vuelta requiere de millones de año, este proceso es extremadamente largo tiene muy poca aportación para el carbono en circulación que sostiene los ecosistemas.

• Otro depósito a largo plazo de carbono está en los combustibles fósiles, que incluyen carbón, petróleo y gas natural. Estas sustancias se produjeron a través de millones de años a partir de restos de organismos prehistóricos enterrados profundo en el subsuelo y sujetos a elevadas temperaturas y presiones

El ciclo del carbóno son las transformaciones químicas de compuestos que contienen carbón en los intercambios entre la biosfera, atmosfera, hidrosfera y litosfera. Forma parte de compuestos como: la glucosa, carbohidratos fundamentales para la realización de procesos como la respiración y la alimentación.

CICLO DE NITRÓGENO

• Es el desplazamiento lento del nitrógeno entre seres vivos o muertos, por el aire, la tierra y el agua.

• El nitrógeno es un componente crucial de aminoácidos, proteínas, muchas vitaminas, nucleótidos (como el atp) y ácidos nucleicos (como el adn).

• El ciclo del nitrógeno describe el proceso por el cual el nitrógeno se mueve desde su depósito principal, el gas nitrógeno en la atmósfera, hacia los depósitos de amoniaco nitrato en el suelo y el agua, a través de los productores y hacia los consumidores y detritófagos, para regresar de nuevo hacia sus depósitos.

• La atmósfera contiene alrededor de 78% de gas nitrógeno (n2), pero entre todas las formas de vida, solo algunos tipos de bacterias son capaces de convertir n2 en una forma útil para las plantas y otros productores.

• En un proceso llamado fijación de nitrógeno, las bacterias que fijan el nitrógeno en el suelo y el agua descomponen los enlaces en el n2 y lo combinan con átomos de hidrógeno para formar amoniaco (nh3).

• Algunas bacterias que fijan nitrógeno entraron en una asociación simbiótica con las plantas, de tal manera que las bacterias viven en los tubérculos especiales en las raíces. Dichas plantas llamadas leguminosas (soya, guisantes, trébol, etc.) Se siembran extensamente en las granjas, en parte porque liberan el amoniaco en exceso producido por las bacterias, y fertilizantes en el suelo.

• Otras bacterias en el suelo y el agua convierten este amoniaco en nitrato que también pueden usar los productores. Los nitratos también se producen durante tormentas eléctricas, cuando la energía de los relámpagos combina los gases nitrógeno y oxígeno, que se disuelve en la lluvia. Cuando la lluvia cae, enriquece el suelo y el agua con este importante nutriente.

• Los detritófagos y los saprófitos también tienen un papel en el ciclo del nitrógeno, y producen amoniaco a partir de los compuestos que contienen nitrógeno de los cuerpos muertos y desechos. Los productores absorben el amoniaco y el nitrato y los incorporan en varias moléculas biológicas. Estas se transmiten a niveles tróficos sucesivamente más altos conforme a los consumidores primarios comen a los productores y ellos mismos son comidos.

Fases del ciclo

Fijación

Nitrificación o mineralización

Asimilación

Amonificación

Inmovilización

Des nitrificación

Efectos del nitrogeno en la salud y el ambiente puede cambiar la composición de especies. Pérdida en el transporte de oxígeno en la sangre. Disminución del funcionamiento de la glándula tiroidea. Bajo almacenamiento de la vitamina a.

Producción de nitrosaminas, las cuales son conocidas como agentes causantes de cáncer.

Ciclos sedimentarios

Son aquellos en los cuales los nutrientes circulan, principalmente, entre la corteza terrestre (suelos, rocas y sedimentos tanto sobre la tierra como sobre los fondos marinos).

• El tiempo de reciclaje en este caso es grande, debido a que los elementos pueden quedar retenidos en las rocas durante miles o millones de años. El fósforo y el potasio son elementos con ciclos sedimentarios, o sea que su reservatorio es la corteza terrestre.

Ciclo del fosforo

• Se describe como el proceso mediante el cual el fósforo se mueve desde su depósito principal, la roca rica en fosfato, hacia los depósitos de fosforo en el suelo y el agua, a través de los productores y hacia los consumidores y detritogagos, y luego de vuelta a sus depósitos.

• El fosforo se encuentra en las moléculas biológicas que incluyen nucleótidos (como el atp) y los fosfolípidos de las membranas celulares. También forma un componente principal de los dientes y huesos de los vertebrados.

• En contraste con el carbono y el nitrógeno, el fósforo no tiene un depósito atmosférico. A lo largo de su ciclo, el fósforo permanece enlazado al oxígeno en la forma de fosfato.

• A medida que las rocas ricas en fosfato se exponen mediante procesos geológicos, parte del fosfato se disuelve por la lluvia y el agua que fluye, lo que lleva al suelo, los lagos y el océano, y forma los depósitos de fósforo que están directamente disponibles para las comunidades ecológicas.

• El fosfato disuelto se absorbe con facilidad por los productores, que lo incorporan en moléculas biológicas que contienen fosfato.

• A partir de estos productores, el fosforo se transmite a través de las redes tróficas; en cada nivel, el fosfato en exceso se expulsa. Al final, los detritófagos y saprofitos regresan el fosfato al suelo y al agua, donde entonces lo pueden reabsorber los productores o puede regresar al sedimento oceánico y eventualmente volver a formar se en roca.

• Parte del fosfato disuelto en agua se transporta hacia los océanos. Aunque gran parte de este fosfato termina en sedimentos marinos, cierta cantidad es adsorbida por los productores marinos y eventualmente se incorpora en los cuerpos de invertebrados y peces. Algunos de estos, a su vez, los consumen las aves marina, que excretan grandes cantidades de fosforo de vuelta a la tierra.

• El suelo que se erosiona de los campos fertilizados transporta grandes cantidades de fosfatos, hacia lagos, ríos y el océano, donde estimula el crecimiento de los productores. En los lagos, el escurrimiento rico en fosfato desde la tierra puede estimular un crecimiento excesivo de algas y bacterias cuyas interacciones comunitarias naturales son perturbadas.

EL ciclo del fósforo es un ciclo que describe el movimiento de este elemento quimico en un ecosistema. Los seres vivos lo toman en forma de fosfato a partir de las rocas fosfatadas que mediante meteorizacion se descomponen y liberan los fosfatos.

Ciclo hidrológico

Describe la ruta que sigue el agua mientras viaja, desde su principal deposito, los océanos, a través de la atmósfera, a los depósitos en lagos, ríos y acuíferos de agua dulce y luego de vuelta nuevamente a los océanos.

El ciclo hidrológico es impulsado por energía térmica solar, que evapora el agua e impulsa los vientos que la transportan como vapor de agua en la atmósfera. La gravedad lleva al agua de vuelta al suelo en forma de precipitación (principalmente lluvia y nieve), la empuja y hace que fluya en ríos que se vacían en los océanos.

Estos cubren casi tres cuartos de superficie de la tierra y contienen más de 97% del agua total de la tierra, con otro 2% del agua atrapada en hielo, lo que deja solo 1% como agua dulce líquida. La mayor evaporación ocurre desde los océanos y la mayoría de la precipitación cae de vuelta sobre ellos. Del agua que cae sobre el suelo, una parte se evapora del mismo, así como de las plantas, de lagos y torrentes; una porción corre de vuelta a los océanos, y una pequeña cantidad entra a depósitos subterráneos naturales llamados acuíferos. Los acuíferos están compuestos de sedimentos permeables al agua como cieno, arena o grava, que están saturados con agua. Con frecuencia se explotan para suministrar agua para cultivos de riego.

Los cuerpos de los seres vivientes son aproximadamente 70% agua, pero solo una pequeña porción del agua total involucrada en el ciclo hidrológico global entra a las comunidades vivientes de ecosistemas terrestres. Una parte es absorbida por las raíces de las plantas y muchas de ésta se evapora de vuelta a la atmosfera desde sus hojas mediante un proceso llamado transpiración. Una cantidad relativamente minúscula de agua participa en las reacciones químicas de la fotosíntesis, y se vuelve a sintetizar y a liberar durante la respiración celular.

El ciclo hidrológico es crucial para las comunidades terrestres porque continuamente

restaura el agua dulce necesaria para la vida terrestre. El agua es un solvente para todos los otros nutrientes y ninguno puede entrar o salir de las células de un organismo a menos que se disuelva en agua.

Las hojas de las plantas solo pueden absorber dióxido de carbono gaseoso después de disolverse en una pequeña capa de agua que recubre las células dentro de la hoja. El ciclo hidrológico no depende de los organismos terrestres, pero ellos desaparecerían rápidamente sin dicho ciclo.

Ciclo del agua

• El ciclo del agua tiene una interacción constante con el ecosistema debido a que los seres vivos dependen de este elemento para sobrevivir y a su vez ayudan al funcionamiento del mismo. Por su parte, el ciclo hidrológico presenta cierta dependencia de una atmósfera poco contaminada y de un cierto grado de pureza del agua para su desarrollo convencional, ya que de otra manera el ciclo se entorpecería por el cambio en los tiempos de evaporación, condensación, etc.

Los principales procesos del ciclo del agua son:

Evaporación

Infiltración

Escorrentía

Acuífero

Condensación

Fusión

Precipitación

Solidificación

Ciclo de Nitrógeno

• Los seres vivos cuentan con una gran proporción de nitrógeno en su composición química.

• El nitrógeno oxidado que reciben como nitrato (NO3-) a grupos amino, reducidos (asimilación).

• Para volver a contar con nitrato hace falta que los descomponedores lo extraigan de la biomasa dejándolo en la forma reducida de ion amonio (NH4+), proceso que se llama amonificación El amonio es oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación

La fijación biológica la realizan tres grupos de microorganismos diazotrofos:

• Bacterias gramnegativas de vida libre en el suelo, Ejm Azotobacter, Klebsiella o el fotosintetizador Rhodospirillum,

• Bacterias simbióticas de algunas plantas. Ejm.Rhizobium, que guardan una relación muy específica con el hospedador, de manera que cada especie alberga la suya, aunque hay excepciones.

• Cianobacterias de vida libre o simbiótica. Ejm. A Anabaena

NITRIFICACIÓN

Nitritación Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2-). Lo realizan bacterias de, entre otros, los géneros Nitrosomonas y Nitrococus.

Nitratación. Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3-). Lo realizan bacterias del género Nitrobacter.

DESNITRIFICACIÓN

La desnitrificación es la reducción del ion nitrato (NO3-), presente en el suelo o el agua, a nitrógeno molecular o diatómico (N2)

El proceso se produce en condiciones anaerobias por bacterias que normalmente prefieren utilizar el oxígeno si está disponible. Expresado como reacción redox: 2NO3- + 10e- + 12H+ ? N2 + 6H2O

FOSFORO

Los seres vivos toman el fósforo, P, en forma de fosfatos a partir de las rocas fosfatadas, que mediante meteorización se descomponen y liberan los fosfatos. Éstos pasan a los vegetales por el suelo y, seguidamente, pasan a los animales. Cuando éstos excretan, los descomponedores actúan volviendo a producir fosfatos.

Una parte de estos fosfatos son arrastrados por las aguas al mar, en el cual lo toman las algas, peces y aves marinas, las cuales producen guano, el cual se usa como abono en la agricultura ya que libera grandes cantidades de fosfatos; los restos de las algas, peces y los esqueletos de los animales marinos dan lugar en el fondo del mar a rocas fosfatadas, que afloran por movimientos orogénico.

• El azufre forma parte de proteínas.

Las plantas y otros productores primarios lo obtienen principalmente en su forma de ion sulfato (SO4 -2).

• Los organismos que ingieren estas plantas lo incorporan a las moléculas de proteína, y de esta forma pasa a los organismos del nivel trófico superior.

• Al morir los organismos, el azufre derivado de sus proteínas entra en el ciclo del azufre y llega a transformarse para que las plantas puedan utilizarlos de nuevo como ion sulfato.

• Los intercambios de azufre, principalmente en su forma de bióxido de azufre SO2, realizan entre las comunidades acuáticas y terrestres, de una manera y de otra en la atmósfera, en las rocas y en los sedimentos oceánicos, en donde el azufre se encuentra almacenado.

Importancia de Ciclos Biogeoquímicos

• Un elemento químico o molécula necesario para la vida de un organismo, se llama nutriente o nutrimento. Los organismos vivos necesitan de 30 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: C, O, N, P,S, Ca, Mg y K

-Micronutrientes. Fe, Cu, Zn, Cl y I

• Son reciclados continuamente en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidas en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.