Ciclos Biogeoquímicos

Todo sobre los Ciclos Biogeoquímicos

¿Qué es Ciclos Biogeoquímicos?

Un ciclo biogeoquímico, término que deriva del griego bio, vida, geo, tierra y química, se refiere al movimiento de los elementos de ozono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, azufre, fósforo, potasio y otros elementos entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos: producción y descomposición.

En la biosfera, la materia es limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y la vida desaparecería.

El término ciclo biogeoquímico se deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e intervienen en un cambio químico.

Partes de los Ciclos Biogeoquímicos

En los ciclos biogeoquímicos se pueden reconocer dos partes o compartimientos: la biótica y la abiótica.

· La parte biótica: Comprende la inclusión de sustancias inorgánicas en el organismo y la subsiguiente descomposición y remineralización. El intercambio de elementos es rápido, pero la cantidad de sustancias inorgánicas no es mayor. El organismo vivo toma elementos inorgánicos y al morir y descomponerse éstos son devueltos al ambiente para ser nuevamente aprovechados.

· La parte abiótica: El medio contiene gran cantidad de sustancias inorgánicas, que se descomponen con lentitud y están a disposición del organismo en forma abundante y fácil (agua, dióxido de carbono, oxigeno) o escasa y difícil (fósforo y nitrógeno, por ejemplo). En el primer caso se trata de ciclos atmosféricos con grandes reservas de materiales; en el segundo se trata de materiales sedimentarlos (fósforo, hierro, azufre, magnesio, y elementos menores).

Y de acuerdo con el lugar donde se encuentra el depósito, se dividen en:

a) Ciclos Gaseosos: El depósito se halla en la atmósfera o en el océano.

b) Ciclos Sedimentarios: El cual se encuentran en el suelo.

Características de los Ciclos Gaseosos, Sedimentarios y Hidrológicos

En el ciclo gaseoso.

 Los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos. En la mayoría de estos ciclos los elementos son reciclados rápidamente, con frecuencia en horas o días. Los principales ciclos gaseosos son los del carbono, oxígeno y nitrógeno.

En los Sedimentarios

También se estudian los ciclos biogeoquímicos de los contaminantes. 

En los Hidrologicos.

Proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la hidrósfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico.

Tipos de Ciclos Biogeoquímicos

Existen varios tipos de ciclos biogeoquímicos como el del fósforo y del azufre que son de tipo sedimentario (los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre) y del carbono, nitrógeno y oxígeno que son de tipo gaseoso (los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos).

Para el caso particular del ciclo del agua o hidrológico, esta circula entre el océano, la atmósfera, la tierra y los organismos vivos; este ciclo además distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta.

Ciclo del Agua

Es el proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la hidrosfera; además, se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico, asimismo el agua de la hidrosfera procede de la desgasificación del manto, donde tiene una presencia significativa, por los procesos del vulcanismo. Es por ello, que el ciclo del agua comprende los siguientes pasos:

a) Evaporación: El ciclo del agua comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano, donde la radiación solar favorece que  continuamente se forme vapor de agua. El vapor de agua, menos denso que el aire, asciende a capas más altas de la atmósfera, donde se enfría y se condensa formando nubes.

b) Condensación: A medida que se eleva el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua.

c) Precipitación: Las gotas  de agua se juntan y forman las nubes, las que luego caen por su propio peso. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo, y si es más cálida, cae como gotas de lluvia.

d) Absorción: El agua de lluvia se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterráneas.

e) Transpiración de las plantas: El agua que absorben las plantas es eliminada, por medio de las hojas, flores y tallos, en forma de vapor de agua.

No obstante, en varias fases del ciclo hidrológico, el agua es tomada por animales y plantas para sus procesos metabólicos y luego es devuelta a la atmósfera  en forma de vapor, mediante la respiración,  la orina, el sudor, la transpiración según sea el caso, con lo cual el ciclo se renueva.

Ciclo del Oxígeno

Es la cadena de reacciones y procesos que describen la circulación del oxígeno en la biosfera terrestre. Al respirar, los animales y los seres humanos tomamos del aire el oxígeno que las plantas producen y luego exhalamos gas carbónico; donde las plantas, a su vez, toman el gas carbónico que los animales y los seres humanos exhalamos, para utilizarlo en el proceso de la fotosíntesis.

 No obstante, las plantas, los animales y los seres humanos intercambian oxígeno y gas carbónico todo el tiempo, el cual los vuelven a usar y los reciclan. A esto se le llama el ciclo del oxígeno.

 Es por ello, que la reserva fundamental de oxígeno está en la atmósfera; el ciclo de este vital elemento está ligado fuertemente al del carbono, ya que tanto en la respiración animal como en la vegetal (fotosíntesis) se traspasa constantemente junto a este elemento entre la atmósfera y los seres vivos. Además, existen organismos que lo consumen para obtener energía (animales) y otros, a pesar de gastar cierta cantidad, son más bien productores (plantas).

 Por otra parte, el oxígeno representa el 20% de la atmósfera terrestre, este patrimonio abastece las necesidades de todos los organismos terrestres respiradores y cuando se disuelve en el agua, las necesidades de los organismos acuáticos.

Ciclo del Fósforo

Es un ciclo biogeoquímico, que describe el movimiento del fósforo en su circulación por el ecosistema. Los seres vivos toman el fósforo (P). en forma de fosfatos a partir de las rocas fosfatadas, que mediantemente la meteorización se descomponen y liberan los fosfatos.

Luego, esto pasan a los vegetales por el suelo y seguidamente, pasan a los animales q se alimentan de plantas; cuando los animales excretan, los descomponedores actúan volviendo a producir el fosfato. Por otro lado, 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; además, los restos de los animales marinos dan lugar en el fondo del mar a rocas fosfatadas, que afloran por movimientos orogénicos.

No obstante, el hombre también moviliza el fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato; esto lo hacen para producir fertilizantes para las plantas, produciendo así que el ciclo se repita.

Ciclo del Nitrógeno

Es el conjunto cerrado de procesos biológicos y abióticos en que se basa el suministro de este elemento a los seres vivos, además es uno de los importantes ciclos biogeoquímicos en que se basa el equilibrio dinámico de composición de la biosfera.

Cabe destacar, que la mayoría de las plantas obtienen el oxígeno que necesitan para crecer de los suelos o del agua donde viven. Los animales obtienen el nitrógeno que necesitan alimentándose de plantas u animales que contienen nitrógeno. Cuando los organismos mueren, sus cuerpos se descomponen y hacen llegar nitrógeno hacia los suelos o tierra, o hacia el agua de los océanos.

No obstante, las bacterias alteran el nitrógeno para que adquiera una forma que las plantas pueden usar; otros tipos de bacterias pueden cambiar al nitrógeno y disolverlo en vías acuáticas en forma tal que les permite regresar a la atmósfera. Además, solo existen dos vías para que ese nitrógeno sea aprovechable por la biosfera: la fijación abiótica, que se produce con los rayos del sol y la fijación biótica, por bacterias, unas que viven libres y otras que lo hacen en simbiosis con plantas, sobre todo leguminosas.

   Sin embargo, los procesos principales que componen el ciclo del nitrógeno que pasa por la biosfera, la atmósfera y la geosfera son cinco:

1. Fijación y Asimilación de Nitrógeno: La fijación del nitrógeno es un proceso en el cual el N2 se convierte en amonio, donde éste es esencial porque es la única manera en la que los organismos puede obtener nitrógeno directamente de la atmósfera; por otro lado, algunas bacterias por ejemplo las del género Rhizobiumson son los únicos organismos que fijan el nitrógeno a través de procesos metabólicos. Esta simbiosis ocurre de manera bien conocida, en la familia de las legumbres, ya que en ambientes acuáticos, las algas azules verdosas es una importante fijadora de nitrógeno libre sin límites; en el curso del último siglo, los humanos se han convertido en fuentes fijas de nitrógeno, tan importantes como todas las fuentes naturales de nitrógeno combinadas: quemando combustible de fósiles, usando fertilizantes nitrogenados sintéticos y cultivando legumbres que fijan nitrógeno.

*Fijación Abiótica: La fijación natural puede ocurrir por procesos químicos espontáneos, como la oxidación que se produce por la acción de los rayos, que forma óxidos de nitrógeno a partir del nitrógeno atmosférico.

*Fijación Biológica de Nitrógeno: Es un fenómeno fundamental que depende de la habilidad metabólica de unos pocos organismos, llamados diazotrofos en relación a esta habilidad, para tomar N2 y reducirlo a nitrógeno orgánico.

2. La toma del Nitrógeno (crecimiento de organismos): NH4+ → N Orgánico; el amonio producido por el nitrógeno que fija la bacteria es usualmente incorporado rápidamente en la proteína y otros compuestos de nitrógeno orgánico.

3. La Mineralización del Nitrógeno (desintegración): El N Orgánico → NH4+; después de que el nitrógeno se incorpora en la materia orgánica, frecuentemente se vuelve a convertir en nitrógeno inorgánico a través de un proceso llamado mineralización del nitrógeno, también conocido como desintegración.

4. Nitrificación: NH4+ → NO3; es la parte del amonio producido por la descomposición que se convierte en nitrato a través de un proceso llamado nitrificación; donde las bacterias que llevan a cabo esta reacción obtienen energía de sí misma; cabe destacar, que la nitrificación requiere la presencia del oxígeno.

5. La Desnitrificación: NO3-N2+ → N2O; a través de la desnitrificación, las formas oxidadas de nitrógeno como el nitrato y el nitrito (NO2-) se convierten en dinitrógeno (N2) y, en menor medida, en gas óxido nitroso. Por otra parte, la desnitrificación es un proceso anaeróbico llevado a cabo por la bacteria que desnitrifica, que convierte el nitrato en dinitrógeno en la siguiente secuencia: NO3-NO2-NO-N2O-N2.

Ciclo del Carbono

Es la sucesión de transformaciones que sufre el carbono a lo largo del tiempo, además, es un ciclo biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la tierra, y en él se ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida. No obstante, el ciclo comprende dos ciclos que se suceden a distintas velocidades: Ciclo biológico, Ciclo biogeoquímico.

Las etapas que conforman al ciclo del carbono son las siguientes:

*El carbono que se encuentra en la atmósfera en forma de CO2 proviene de la actividad volcánica, del uso de combustible fósiles como petróleo, gas y aceites, de los incendios forestales y de la respiración de los seres vivos. Durante la fotosíntesis las plantas absorben (usan) él y liberan oxígeno.

*EL Carbono que forma parte de los vegetales llega al resto de los seres vivos a través de las cadenas alimenticias.

*Al morir plantas y animales, el carbón que forma parte de sus cuerpos pasa al suelo y puede ser usado de nuevo por otras plantas o forma parte del carbón o petróleo (después de miles de años en el subsuelo).

*Al usar los combustibles fósiles, quemar madera o por la erupción volcánica, el carbón vuele a la atmósfera en forma de CO2 (dióxido de carbono).

*Otros organismos descomponen las plantas muertas y las materias animales, devolviendo carbono al medio ambiente.

*El carbono también se intercambia entre los océanos y la atmósfera; y esto sucede en ambos sentidos en la interacción entre el aire y el agua

Ciclo del Azufre

El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones, además está presente en prácticamente todas las proteínas y de esta manera es un elemento absolutamente esencial para todos los seres vivos. Además, 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.

Si embargo, 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.

Cabe destacar, que la actividad industrial del hombre está provocando exceso de emisiones de gases sulfurosos a la atmósfera y ocasionando problemas como la lluvia ácida.

Ciclo del calcio

El ciclo del calcio es la circulación del calcio entre los organismos vivos y el medio que los rodea. El calcio es un mineral que se encuentra en la litosfera formando grandes depósitos de origen sedimentario, que emergieron de fondos marinos por levantamientos geológicos. Muchas veces, estas rocas, contienen restos fosilizados de animales marinos con caparazones ricos en calcio; en mineralogía se conocen como rocas calizas.

La lluvia y los agentes atmosféricos descomponen las rocas calizas, arrastrando los compuestos del calcio a los Suelos, a los ríos y al mar. En este recorrido, el calcio es absorbido por las plantas y animales, en cualquier punto del ciclo, ya sea por la cadena alimenticia o por la absorción del agua. Cuando las plantas o los animales mueren, los descomponedores liberan el calcio, el cual regresa al suelo.

Finalmente, los ríos se encargan de que el destino final sea otra vez el fondo de los océanos, de los cuales, después de largos periodos, vuelven a emerger en forma de rocas. El calcio se recicla continuamente en la litosfera y poco a poco por efecto de la erosión en los suelos, producida por el transporte de las aguas subterráneas y por los agentes atmosféricos como el viento y el agua de lluvia, el calcio se escurre a los arroyos y ríos.

El calcio forma depósitos sedimentarios en las cuevas y por efecto de la erosión, este elemento pasa a los cuerpos de agua que se forman cuando caen las lluvias y el agua se filtra por las paredes y el techo de las cuevas. También de forma directa, el calcio va a parar a los ríos para que este elemento químico sea usado por moluscos de agua dulce como gasterópodos y bivalvos, por peces de agua dulce y algas unicelulares que pertenecen al agua dulce; estos animales al morir dejan el calcio para que se una a los sedimentos del río, esto demuestra entonces que el ciclo del calcio es un ciclo sedimentario únicamente pues no hay naturalmente calcio gaseoso en la atmósfera.

Importancia de los Ciclos Biogeoquímicos

El ciclo biogeoquímico es de extraordinaria importancia porque gracias al mismo es posible la vida en el planeta. El mismo da pie al comienzo de la vida y cuando esta se hace más compleja y floreciente en organismos, podemos hacer referencia a un incremento en la complejidad del ciclo.

De esta manera, la importancia del fenómeno estriba en el hecho de dar cuenta de la manera en que los organismos se vinculan con el medio ambiente a un nivel elemental.

Un Ciclo Biogeoquímico consiste en el transporte y transformación de sustancias en el ambiente, a través de los seres vivos, el aire, el agua, el suelo y el hielo.

“Es la circulación de elementos esenciales en la biósfera a través de vías características que van desde el entorno a los organismos y de regreso otra vez al entorno. Estas vías más o menos cíclicas se denominan ciclos biogeoquímicos. El desplazamiento de estos elementos y compuestos inorgánicos, fundamentales para la vida, puede designarse de manera conveniente como reciclado de nutrientes.”

son de vital importancia, ya que permiten que los bioelementos se encuentren disponibles para utilizarse una y otra vez, transformándolos y recirculándolos en la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera y la biosfera, es decir cada uno de estos ciclos es de suma importancia en la vida de todo nuestra planta.

Conclusiones

El ciclo biogeoquímico es el proceso mediante el cual existe una circulación de elementos entre los seres vivos y el medio ambiente.

En efecto, lo seres vivos se componen de materia y requieren de la misma para mantenerse con vida; por otro lado, cuando mueren, existe un proceso que hace que las estructuras químicas formadas se descompongan y la materia vuelva a formar parte del medio ambiente.

El ciclo biogeoquímico puede llegar a ser muy complejo de analizar por la gran cantidad de elementos que intervienen en el mismo, pero en términos generales puede decirse que se sostiene fundamentalmente sobre el trabajo que realizan los vegetales..

No obstante, una vez que los seres vivos perecen, toda la materia que han aglutinado pasa de nuevo al medio ambiente. Este tipo de pasaje se lleva a cabo por organismos que reciben el nombre de descomponedores y que agrupan a distintos hongos y bacterias. Así, los descomponedores se encargan de que los elementos químicos vuelvan nuevamente al medio ambiente.