Ciclo biogeoquimicos
La materia circula desde el mundo vivo hacia el ambiente abiótico y de
regreso; esa circulación constituye los ciclos biogeoquímicos.
Estos son procesos naturales que
reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente
hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbono, oxígeno,
nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los
componentes vivos y no vivos de la Tierra.
La tierra es un sistema cerrado donde no entra ni sale materia. Las
sustancias utilizadas por los organismos no se "pierden" aunque pueden
llegar a sitios donde resultan inaccesibles para los organismos por un
largo período. Sin embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a
menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuera de
ellos.
Se conocen los siguientes ciclos biogeoquímicos:
1. Ciclo del Carbono
El carbono es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, porque
proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos,
lípidos y otras moléculas esenciales para la vida contienen carbono.
Se lo encuentra como dióxido de carbono en
la atmósfera, en los océanos y en los combustibles fósiles almacenados
bajo la superficie de la Tierra.
El movimiento global del carbono entre el ambiente abiótico y los organismos
se denomina ciclo del carbono.
El ciclo básico comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del dióxido de
carbono (CO2)
presente en la atmósfera o disuelto en el agua. El carbono (del CO2) pasa a formar
parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono, grasas y proteínas,
y el oxígeno es devuelto a la atmósfera o al agua mediante la respiración.
Así, el carbono pasa a los herbívoros que comen las plantas y de ese modo
utilizan, reorganizan y degradan los compuestos de carbono. Gran parte de éste
carbono es liberado:
en forma de CO2 por la respiración, o | |
como producto secundario del metabolismo |
pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros, que se alimentan de los herbívoros.
En última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por descomposición, y el carbono que es liberado en forma de CO2, es utilizado de nuevo por las plantas.
2. Ciclo del nitrógeno
El
ciclo del nitrógeno al igual que los demás ciclos biogeoquímicos, tiene una
trayectoria definida, pero quizá aún más complicada que los demás, dado que
tiene que seguir una serie de procesos físicos, químicos y biológicos. Así, el
nitrógeno está considerado como el elemento más abundante en la atmósfera. Sin
embargo, dada su estabilidad, es muy difícil que reaccione con otros elementos
y, por tanto, se tiene un bajo aprovechamiento, razón por la cual, su abundancia
pasa a segundo término A pesar de esto, gracias al proceso biológico de algunas
bacterias y cianobacterias, el nitrógeno que se encuentra en la atmósfera puede
ser asimilable, al “romper” la unión de sus enlaces por medios enzimáticos y
así poder producir compuestos nitrogenados, que pueden ser aprovechados por la
mayoría de los seres vivos, en especial las plantas, que forman relaciones
simbióticas con este tipo de bacterias. Ese nitrógeno fijado se transforma en
aminoácidos y proteínas vegetales, que son aprovechadas a su vez por los
herbívoros, quienes los van almacenando para finalmente pasarlos al último
eslabón de la cadena alimenticia, es decir a los carnívoros. Cabe mencionar,
que el nitrógeno regresa de nuevo al ciclo por medio de los desechos (tanto
restos orgánicos, como productos finales del metabolismo), ya que gracias a que
las bacterias fijadoras los “retoman”, es que pueden finalmente ser asimilados
por las plantas, cosa que de otra manera sería imposible. Sin embargo, hay
pérdidas de nitrógeno por medio de otras bacterias que lo liberan a la
atmósfera. De esta forma se logra un equilibrio en el ciclo del nitrógeno.
.
Este
es quizá uno de los ciclos más complicados, ya que el nitrógeno se encuentra en
varias formas, y se llevan a cabo en él, una serie de procesos químicos en los
que el nitrógeno es tomado del aire y es modificado para finalmente ser
devuelto a la atmósfera. El nitrógeno (N2) es
el elemento que se encuentra en forma libre (estado gaseoso) y en mayor
abundancia en la atmósfera (78 %.). Se coloca entre los principales elementos
biogeoquímicos; sin embargo, es tan estable, que apenas se combina con otros
elementos y, por tanto, es difícil que los organismos lo asimilen, ya que
primero necesitan desdoblarlo y emplearlo en la síntesis de aminoácidos, proteínas,
ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales para su metabolismo.
Por lo tanto, teniendo esto en cuenta, es fácil notar su importancia en la vida
de cientos de organismos.
3. Ciclo del agua
El ciclo del agua (o ciclo hidrológico) es la circulación del agua de la tierra: el agua fresca de los lagos y ríos, los mares y océanos salados y la atmósfera. Comprende el proceso que recoge, purifica y distribuye el suministro fijo del agua en la superficie terrestre, abarcando algunos pasos importantes:A través de la evaporación, el agua que está sobre la tierra y en los océanos se convierte en vapor de agua. | ||
A través de la condensación, el vapor de agua se convierte en gotas del líquido, las cuales forman las nubes o la niebla. | ||
En el proceso de precipitación, el agua regresa a la Tierra bajo la forma de rocío, de lluvia, granizo o nieve. | ||
A través de la transpiración, el agua es absorbida por las raíces de las plantas, pasa a través de los tallos y de otras estructuras y es liberada a través de sus hojas como vapor de agua. | ||
El agua se mueve desde la tierra hacia el mar, o bien desde la tierra hacia el suelo donde es almacenada y de donde regresa eventualmente a la superficie o a lagos, arroyos y océanos. | ||
Con la condensación del agua, la gravedad provoca la caída al suelo. | ||
La gravedad continúa operando empujando al agua a través del suelo (infiltración) y sobre el mismo en el sentido de las pendientes del terrenos (escurrimiento). |
4. Ciclo del fósforo
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 orogénicos.
De las rocas se libera fósforo y en el suelo, donde es utilizado por las
plantas para realizar sus funciones vitales. Los animales obtienen
fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan
ingerido. En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo
se libera en forma de ortofosfatos (H3PO4) que
pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando
fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este
fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos. El ciclo del fósforo
difiere con respecto al del carbono, nitrógeno y azufre en un aspecto
principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan
pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra
firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje
del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. Uno es
mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de
las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra
firme en sus excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay
la posibilidad del levantamiento geológico de los sedimentos del océano
hacia tierra firme, un proceso medido en miles de años
5. Ciclo del oxigeno
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
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