Ciclos Biogeoquímicos

Además de la energía, los organismos requieren para vivir el suministro de elementos químicos que se

pueden encontrar en la biósfera, pero que deben ser reciclados constantemente, a fin de asegurar su

disponibilidad. Este proceso se denomina ciclos de la materia o ciclos biogeoquímicos.

Los seres vivos toman carbono, nitrógeno y oxigeno y los usan para vivir y crecer. Si están sustancias

solo se usaran una vez, se habrían agotado. Todos los animales y plantas respiran, crecen y, finalmente

mueren y se descomponen. La descomposición libera las sustancias de su cuerpo a la biósfera para que

se utilicen de nuevo.

Ciclo del Carbono

Los cuerpos de todos los seres vivos se basan en el elemento carbono. Es uno de los principales

constituyentes de macromoléculas como lípidos, proteínas e hidratos de carbono. El carbono tiene su

origen en el dióxido de carbono de la atmósfera. Las plantas verdes y algunas bacterias lo ingieren y con

el fabrican alimento.

Cuando los animales comen plantas, toman parte del carbono. El dióxido de carbono vuelve a la

atmósfera por la respiración de los seres vivos o por sus desperdicios o por su descomposición.

Ciclo del Nitrógeno

Todos los seres vivos necesitan nitrógeno para fabricar proteínas. Intervienen fundamentalmente en este

ciclo los vegetales y las bacterias fijadoras del nitrógeno. En ese proceso, el nitrógeno es incorporado al

suelo, que será absorbido por los organismos vivos antes de regresar de nuevo a la atmósfera.

Ciclo del Oxígeno

Los seres vivos toman el oxígeno del aire. Junto con el carbono, hidrógeno y nitrógeno lo utilizan para

construir nuevas moléculas en su cuerpo. El oxigeno vuelve a la atmósfera gracias a las plantas verdes

durante la fotosíntesis, y en forma de dióxido de carbono, durante la respiración de plantas y animales.

Los ciclos biogeoquímicos son determinantes en la continuidad de la vida, los elementos:

carbono, nitrógeno y oxígeno son esenciales para la síntesis de proteínas.

Ciclo del Carbono

El carbono es esencial para construir las moléculas orgánicas que caracterizan a los organismos vivos.

La principal fuente de carbono para los productores es el CO2 del aire atmosférico, que también se halla

disuelto en lagos y océanos.

Además hay carbono en las rocas carbonatadas (calizas, coral) y en los combustibles fósiles (carbón

mineral y petróleo).

Durante la fotosíntesis, las plantas verdes toman CO2 del ambiente abiótico e incorporan el carbono en los

carbohidratos que sintetizan. Parte de estos carbohidratos son metabolizados por los mismos

productores en su respiración, devolviendo carbono al medio circundante en forma de CO2. Otra parte de

esos carbohidratos son transferidos a los animales y demás heterótrofos, que también liberan CO2 al

respirar.

El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los compuestos orgánicos

de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al ambiente. A todo lo anterior debe

sumarse la enorme cantidad de CO2 que llega a la atmósfera como producto de la actividad volcánica, la

erosión de las rocas carbonatadas y, sobre todo, la quema de combustibles fósiles por el hombre.

Ciclo del Carbono

Ciclo del nitrógeno

Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y

otras moléculas fundamentales del metabolismo.

Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no

puede ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas bacterias).

Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papel muy importante en el

ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el N2 en otras formas

químicas (nitratos y amonio) asimilables por las plantas.

El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3

-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo.

Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su

nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales.

En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ión amonio que

es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y

organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves

y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos

de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.

Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas

bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso

esta clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado natural de los suelos.

Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras

bacterias que producendesnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace posible el

retorno del nitrógeno desde el ecosistema hacia la atmósfera.

Entonces, el producto final luego del proceso completo de degraciónde los compuesto nitrogenados en el

suelo es el nitrógeno, en forma de N2 para que retorne a la atmósfera.

Ver: PSU: Química; Pregunta 05_2006

A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que escasean y que es factor limitante de la

productividad de muchos ecosistemas. Tradicionalmente se han abonado los suelos con nitratos para

mejorar los rendimientos agrícolas. Durante muchos años se usaron productos naturales ricos en

nitrógeno como el guano o el nitrato de Chile. Desde que se consiguió la síntesis artificial de amoniaco

por el proceso Haber fue posible fabricar abonos nitrogenados que se emplean actualmente en grandes

cantidades en la agricultura. Como veremos su mal uso produce, a veces, problemas de contaminación

en las a

guas: la eutrofización.

Ciclo del Oxígeno

El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte del agua y de todo tipo

de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de O2, su presencia en la atmósfera se debe a la

actividad fotosintética de primitivos organismos.

Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía ahora, una

atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se

adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía

de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica.

La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera.

Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las

plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de

respiración ocasiona el efecto contrario.

Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la

superficie de la Tierra es su conversión en ozono.

Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos

libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción es

reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2

Ciclo del Fósforo

El fósforo es un elemento que se puede encontrar en las estructuras del ADN de los organismos, siendo

un componente esencial de los mismos. La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente

pequeña, aunque el papel que desempeña es vital. El fósforo es el principal factor limitante del

crecimiento para los ecosistemas, porque el ciclo del fósforo está principalmente relacionado con el

movimiento del fósforo entre los continentes y los océanos. Al contrario que en el ciclo del nitrógeno, en el

del fósforo no hay fase gaseosa en el aire.

Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN, muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y

en la respiración celular están combinadas con el fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base

para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, se encuentra también en los

huesos y los dientes de animales, incluyendo al ser humano.

Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas. Por

meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan

tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado

sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de

nuevo las sales de fósforo.

Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por organismos filtradores de plancton,

como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en

tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.

Ciclo del fósforo

Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los lugares en los que las corrientes

marinas suben del fondo, arrastrando fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la

superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces, formándose las grandes

pesquerías del Gran Sol, costas occidentales de Africa y América del Sur y otras.

Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en

algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas,

originándose problemas de eutrofización.

Fuente Internet:

Ciclo del azufre

Es menos importante que los otros elementos que hemos visto, pero imprescindible porque forma parte

de las proteínas.

Su reserva fundamental es la corteza terrestre y es usado por los seres vivos en pequeñas cantidades.

El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones,

además el azufre está presente en prácticamente todas las proteínas y de esta manera es un elemento

absolutamente esencial para todos los seres vivos.

El azufre circula a través 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 acuático, a las plantas, a los animales y

regresa nuevamente al suelo o al agua.

Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en la tierra son llevados al mar por los ríos. Este azufre

es devuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como

el ácido sulfhídrico (H2S) y el dióxido de azufre (SO2). Estos penetran en la atmósfera y vuelven a tierra

firme. Generalmente son lavados por las lluvias, aunque parte del dióxido de azufre puede ser

directamente absorbido por las plantas desde la atmósfera.

La actividad industrial del hombre esta provocando exceso de emisiones de gases sulfurosos a la

atmósfera y ocasionando problemas como la lluvia ácida.

Ciclo del agua

Todos los seres vivos necesitan agua para sobrevivir. El agua describe un ciclo que permite su

reutilización. Por esta razón se la considera un recurso inagotable, aunque esta condición ya está siendo

cuestionada.

La distribución del agua en nuestro

planeta mantiene un constante equilibrio, ya

que cicla continuamente, a través de la atmósfera,

de las cuencas oceánicas y los suelos

continentales.

El principal objetivo del ciclo del agua es proveer

este vital elemento, que es el agua fresca y pura,

a todos los seres vivos.

Durante su ciclo se suceden procesos naturales

como la fusión, y la condensación; además de

participar en los relacionados con las actividades

propias de los seres vivos: respiración,

fotosíntesis, excreción, etc.

Bajo la acción del calor solar, el agua se evapora (estado gaseoso) constantemente de los océanos, lagos

y ríos. El vapor acuoso que se forma asciende a lo alto impulsado por las corrientes de aire que,

incesantemente, se elevan de la superficie terrestre hacia los espacios donde la temperatura es más baja.

En presencia de corrientes de aire muy frío, ese vapor acuoso se condensa en diminutas gotas y se hace

visible en forma de nubes o niebla, que pueden ser transportadas por el viento hacia regiones muy

alejadas.

Las gotas se van haciendo más grandes y más pesadas a medida que la condensación aumenta y

entonces el aire ya no puede sostenerlas y se precipitan en forma de lluvia (estado líquido), nieve o

granizo (estado sólido).

Si estas precipitaciones ocurren en latitudes

polares o a gran altura, parte de las aguas van a

formar los glaciares.

Si las precipitaciones caen en el suelo, parte del

agua corre por las pendientes y de acuerdo con la

cantidad de vegetación, el tipo de suelo y a su

declive, el destino del agua que proviene de las

precipitaciones puede tomar dos caminos:

El agua se filtra a través del

suelo, especialmente a través de suelos porosos

y desciende lentamente por acción de la gravedad

a capas más profundas. Cuando estas aguas

pueden aflorar a la superficie forman

losmanantiales o aguas termales, ricas en

minerales. Por la temperatura a que se encuentran los baños termales recomiendan para controlar

problemas reumáticos, que se caracterizan por inflamaciones dolorosas en las articulaciones o en los

músculos.

En Chile son famosas las aguas termales de la zona Central, como las Termas de Panimávida y Catillo en

la VI Región, los Baños Socos en IV región y otros muchos más. En algunos de estos lugares se

producen además, aguas minerales para beber, que son embotelladas y distribuidas para su

comercialización.

El agua escurre superficialmente cuando el terreno tiene un declive profundo, formando arroyos y ríos

que desembocan en el mar.Siempre el ciclo del agua se cierra en el mar, cuando regresa a su origen.

Otra parte del agua es absorbida por la tierra y contribuye a formar las corrientes subterráneas que

también van directamente a los mares. En el curso de este trayecto el agua subterránea tiene la

posibilidad de volver a la superficie por medio de vertientes naturales o de norias construidas por el

hombre.

Evaporación de agua forma las nubes.

Agua en glaciares.

En varias partes del ciclo el agua es tomada por

animales y plantas para sus procesos metabólicos

y luego es devuelta a la atmósfera mediante la

respiración, la orina, el sudor, la transpiración

según sea el caso.

Como podemos apreciar, todas las aguas de la

Tierra, aunque de modos bien distintos, participan

en este ciclo, que se renueva constantemente y

que tiene una gran importancia para el desarrollo

de la vida.

Además, el agua arrastra consigo partículas de

roca, detritos, polvo y sustancias orgánicas

poniéndolas en contacto entre sí y provocando

muchas combinaciones químicas y adaptaciones

biológicas.

En el agua se hallan siempre disueltas, en distinta, proporción variadas sustancias. En el agua de mar,

por ejemplo, hay cloruro sódico y elementos como el yodo, el oxígeno, el hidrógeno, e, incluso diminutas

partículas de oro.

En el agua de manantiales encontramos sales de calcio y manganeso. La presencia de estas últimas

constituye una característica del agua que se denomina “dureza”.

El agua de algunos manantiales especiales contiene otros compuestos, como hierro, azufre o sustancias

radiactivas, que les confieren especiales cualidades terapéuticas o medicinales.

Un ciclo que se repite sin interrupción.

Al evaporarse desde el mar, deja atrás las sales, y al escurrir por los suelos, quedan atrapadas en las

rocas y suelos arcillosos las impurezas no deseadas. Sin embargo, esta capacidad de purificación del

agua no es ilimitada y supone una gran responsabilidad para todos nosotros, que es la tarea de mantener

los caudales de agua libres de contaminación.

Ver: Agua: datos y estadísticas

Aguas termales.

Demostración experimental del ciclo del agua, en tu casa:

Materiales:

Frasco de boca ancha, con tapa

Planta

Recipiente pequeño, con agua

Tierra

Pidrecillas

Arena

1.- Pon en el interior del frasco una capa de

piedrecitas.

2.- Sobre ella, pon una capa de arena y, finalmente,

una capa de tierra.

3.- Entierra cuidadosamenta las plantas en un lado del frasco.

4.- En el otro, pon el recipiente con agua.

5.- Finalmante, tapa el frasco y observa los resultados en los días siguientes.

Ver: Ciclo del agua: esquema