¿Qué son los ciclos Biogeoquímicos?
Los elementos químicos que forman la materia están continuamente circulando entre los seres vivos y el ambiente describiendo los llamados ciclos biogeoquímicos. Estos ciclos de la materia incluyen los componentes geológicos (atmósfera, litósfera, hidrósfera) y también a los componentes biológicos (seres vivos).
Los seres vivos dependen de los recursos que brinda la naturaleza, todos los organismos interactúan con el medio en el que viven, ya que de él obtienen la materia y energía necesarios para poder realizar sus funciones.
La fuente primordial de energía es el Sol y éste desencadena una serie de procesos de los que dependen los seres, como la fotosíntesis, fenómeno por el cual las plantas elaboran sus alimentos convirtiéndose así en productores de materia orgánica.
Los nutrimentos de los organismos, es decir, los elementos que requieren para vivir están presentes en la naturaleza de forma pura o combinada con otros elementos.
Algunos de éstos son esenciales, como el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Se les conoce como macronutrientes.
Otros nutrimentos son complementarios por requerirse en cantidades inferiores a los mencionados anteriormente, más no por ello pierden importancia, como el hierro, zinc o cobre. Éstos son los micronutrientes.
Los macronutrientes se obtienen de la naturaleza por la acción de los ciclos biogeoquímicos. En éstos, los elementos son producidos continuamente para que puedan ser utilizados por los organismos.
Un ciclo se refiere al intercambio de nutrimentos de un ser vivo con el ambiente o de éste con los organismos. Por ejemplo, el agua que para beber pudo haber sido parte de una nube o resultado de la transpiración de algún ser vivo.
El término biogeoquímico hace referencia a la intervención de:
Componentes geológicos: la atmósfera formada por gases, incluyendo al vapor de agua; la litosfera, que es la corteza terrestre; la hidrosfera que incluye océanos, lagos y ríos.
Componentes biológicos: son los seres vivos.
Procesos químicos que transforman la materia y la energía.
Los ciclos biogeoquímicos más importantes son el del oxígeno, el del agua, el del carbono y el del nitrógeno.
Tipos de ciclos biogeoquímicos
Su característica fundamental radica en que los nutrimentos circulan del medio ambiente a los organismos y de éstos nuevamente al medio.
Existen básicamente dos tipos diferentes de ciclos: los gaseosos y los sedimentarios.
Los primeros se distinguen porque los nutrimentos casi siempre se distribuyen tanto en la atmósfera como en el agua, y de ellas a los organismos y así sucesivamente.
Ejemplos de estos ciclos son el carbono y el nitrógeno. La transformación de nutrimentos de un elemento o punto del ciclo a otro, es relativamente rápida pudiendo ocurrir en lapsos de solamente algunas horas.
En los ciclos sedimentarios, los nutrimentos permanecen formando parte de la tierra, ya sea en las rocas o el fondo marino, y de ahí a los organismos. En ellos, la transformación y recuperación de nutrimentos es mucho más lenta.
El ciclo del agua es una combinación de ambos, pues ésta permanece en la atmósfera y en la corteza terrestre.
Ciclo del carbono
El carbono es uno de los elementos más importantes de la naturaleza; y combinado con oxígeno forma monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2); también forma sales llamadas carbonatos, como el carbonato de sodio (Na2CO3) y es el elemento básico de los compuestos orgánicos como proteínas, carbohidratos o azúcares, grasa y ácidos nucleicos.
El carbono como dióxido de carbono inicia su ciclo de la siguiente manera:
Los organismos productores (vegetales terrestres o acuáticos) absorben el dióxido de carbono ya sea disuelto en el aire o en el agua, durante el proceso de la fotosíntesis para transformarlo en compuestos orgánicos, como la glucosa.
Los consumidores (animales) se alimentan de esos vegetales. Así el carbono pasa a ellos colaborando en la formación de materia orgánica.
Los organismos de respiración aeróbica (los que utilizan oxígeno) aprovechan la glucosa durante ese proceso y al degradarla, es decir, cuando es utilizada en su metabolismo, el carbono que la forma se libera para convertirse nuevamente en dióxido de carbono que regresa a la atmósfera o al agua.
Los desechos de las plantas y animales así como los restos de organismos se descomponen por la acción de ciertos hongos y bacterias, durante este proceso de putrefacción se desprende CO2.
En niveles profundos de la Tierra el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como el petróleo. Este importante compuesto se ha originado de los restos de organismos que vivieron hace miles de años.
Durante las erupciones volcánicas se libera parte del carbono constituyente de las rocas de la corteza terrestre.
Una parte del dióxido de carbono disuelto en las aguas marinas, ayuda a algunos organismos a formar estructuras como las conchas de los caracoles marinos. Al morir éstos, los restos de su estructura se depositan en el fondo marino. Al cabo del tiempo, el carbono se disolverá en el agua y podrá ser utilizado durante su ciclo nuevamente.
Ciclo del nitrógeno
Es otro elemento indispensable para el desarrollo de los seres vivos. Cuando se combina con oxígeno o hidrógeno forma nitratos o amoniaco, además es parte fundamental de las proteínas y los ácidos nucleicos como el ADN.
El nitrógeno en la atmósfera es muy abundante, pues representa 78% del aire respirable; sin embargo, son pocos los organismos capaces de absorberlo directamente para poder utilizarlo en sus procesos vitales.
La fijación del nitrógeno consiste en la conversión de este elemento en otros compuestos de utilidad para las plantas. Sólo las bacterias llamadas nitrificantes pueden llevar a cabo el proceso de fijación. Recientemente se ha descubierto que también algunas algas, como las verde-azules realizan este proceso.
El ciclo del nitrógeno presenta los siguientes procesos:
Las bacterias nitrificantes fijan el nitrógeno a las plantas para que éstas puedan emplearlo y llevar a cabo sus funciones.
Los animales obtienen nitrógeno al ingerir vegetales que lo contienen.
Los desechos orgánicos eliminados por los seres vivos o por los restos en descomposición de los mismos, que contienen nitrógeno, pueden permanecer en el suelo o ser degradados por bacterias y hongos que los convierten en compuestos inorgánicos más simples, como el amoniaco (NH3), iones amonio (NH4), nitrato (NO3) y nitrito (NO2), y finalmente como nitrógeno gaseoso que regresa a la atmósfera para iniciar nuevamente el ciclo.
El nitrógeno atmosférico también puede formarse durante las descargas eléctricas como en las tormentas, como producto de la actividad volcánica y por medio de la iluminación. Los compuestos nitrogenados son arrastrados por las lluvias para integrarse al suelo o depositarlos en el lecho marino.
El nitrógeno que llega al fondo oceánico es aprovechado por los vegetales acuáticos y posteriormente por los consumidores. Por esta razón, la zona de mayor productividad de los océanos está en las partes poco profundas, en las cuales el nitrógeno y otros nutrimentos del fondo marino están al alcance de los organismos.
Ciclo del azufre
Es un nutrimento secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones, pues es un constituyente esencial de ciertos aminoácidos.
Durante este ciclo ocurren los siguientes eventos:
El azufre, como sulfato, es aprovechado por los vegetales.
Los consumidores adquieren azufre cuando comen estas plantas.
El azufre puede llegar a la atmósfera como sulfuro de hidrógeno (H2S) o dióxido de azufre (SO2), ambos gases provenientes de volcanes activos y por la descomposición de materia orgánica.
Cuando en la atmósfera se combinan compuestos del azufre con el agua, puede formarse ácido sulfúrico (H2SO4) y al precipitarse lo hace como lluvia ácida.
Ciclo del fósforo
El fósforo es un elemento que forma parte de la materia viva (se localiza en el protoplasma), también es un componente de los ácidos nucleicos como el ADN, de las moléculas almacenadoras de energía (ATP), y se encuentra también en los huesos y los dientes de animales, incluyendo al ser humano.
La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas.
Durante este ciclo:
Se libera fósforo de las rocas y el suelo hacia los ecosistemas, donde se disuelve en el agua del terreno para ser utilizado por los vegetales.
Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que las hayan ingerido.
Al morir las plantas o animales liberan fósforo que se reintegra al suelo. Dicho elemento puede disolverse o ser acarreado por las lluvias a los mantos acuíferos o al océano.
El guano, que así se denomina al excremento de muchas aves, también deposita pequeñas cantidades de fosfatos en la tierra o en el agua.
Ciclo del agua
También es llamado ciclo hidrológico.
Durante su ciclo, el agua circula de la tierra a la atmósfera y de ésta nuevamente a la tierra renovándose continuamente.
El agua es un medio indispensable para disolver y trasladar a la mayoría de los nutrimentos. Dentro de los cambios químicos más importantes y presentes en el ciclo hidrológico están la evaporación (el agua líquida pasa al estado gaseoso o de vapor), la condensación (cambio del estado gaseoso al líquido) y la precipitación (caída del agua como lluvia, nieve o granizo).
Durante este ciclo:
La energía del Sol provoca que el agua se evapore y llegue a la atmósfera como vapor; éste al enfriarse se condensa originando las nubes.
Cuando las nubes se saturan con lluvia, ésta regresa a la superficie de la Tierra precipitándose como agua, nieve o granizo.
Al caer la lluvia, parte del agua es aprovechada por los seres vivos y otra se filtra hasta las capas subterráneas formando depósitos conocidos como mantos acuíferos o agua freática.
Los depósitos de agua forman corrientes que desembocan en el mar o emergen a la superficie como manantiales.
Los seres vivos eliminan vapor de agua durante la transpiración y como producto de la respiración. En la orina y excrementos también se elimina agua. Cuando un organismo muere, el agua de su cuerpo se libera y se reincorpora al medio natural.
