Los ciclos biogeoquímicos. Se denomina como ciclos biogeoquímicos la conexión y movimientos que existen entre los elementos vivos y los no vivos con el fin de que la energía fluya a través de los ecosistemas.
La palabra biogeoquímico está compuesta por términos que derivan del griego: bio que significa «vida», y geo, que indica «tierra». Por tanto, biogeoquímico es un término que señala los movimientos cíclicos de los elementos biológicos vitales para la vida. Geológicos porque ocurren en la tierra y la atmósfera, y químicos porque se trata de elementos naturales.
Se conoce como ciclos biogeoquímicos o ciclos de la materia a los circuitos de intercambio de elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente que los rodea, mediante una serie de procesos de transporte, producción y descomposición. Su nombre proviene de los prefijos griegos bio, “vida”, y geo, “tierra”.
En los ciclos biogeoquímicos intervienen tanto las distintas formas de vida (vegetal, animal, microscópica, etc.), como elementos y compuestos naturales inorgánicos (lluvias, vientos, etc.). Se trata de un perpetuo desplazamiento de materia de un lugar a otro, que permite el reciclaje de los nutrientes disponibles en la biósfera.
Por “nutrientes” nos referimos a todos aquellos elementos o moléculas cuya presencia en el organismo de un ser viviente es indispensable para la continuidad de su existencia y la reproducción de su especie. Los nutrientes suelen estar compuestos por aproximadamente 31 y 40 elementos químicos diferentes y, dependiendo de la especie, tanto los nutrientes como los elementos que los componen, se necesitan en distintas proporciones. Estos nutrientes pueden ser de diferentes tipos:
Los ciclos biogeoquímicos varían según las propiedades del elemento involucrado y, por lo tanto, involucran a distintas formas de vida también.
Tipos de ciclos biogeoquímicos
Existen varios tipos de ciclos biogeoquímicos:
Importancia de los ciclos biogeoquímicos
Los ciclos biogeoquímicos sonlos responsables de que los elementos químicos vitales sean reciclados, pues de otro modo se agotarían debido a lo que la vida sobre el planeta sería imposible.
En ese sentido, los ciclos biogeoquímicos son los distintos mecanismos de los que la naturaleza dispone para hacer circular la materia de unos seres vivos a otros, permitiendo así que un cierto margen esté disponible siempre.
Ninguno de los nutrientes que un ser vivo requiere estará en su interior para siempre. Todos deberán ser devueltos al medio ambiente para que puedan ser reutilizados por otros.
Ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno es central porque forma muchas biomoléculas.
El ciclo del nitrógeno es uno de los principales ciclos biogeoquímicos, en que los microorganismos procariotas (bacterias) y las plantas fijan en sus cuerpos el nitrógeno, uno de los gases mayoritarios de la atmósfera. Resulta indispensable para diversos compuestos del cuerpo de los animales, incluido el ser humano.
El ciclo puede resumirse de la siguiente forma:
Los ciclos biogeoquímicos más importantes son el ciclo hidrológico, el ciclo del nitrógeno, el ciclo del carbono, el ciclo del oxígeno, el ciclo del azufre y el ciclo del fósforo.
En la naturaleza hay recursos que son limitados, por lo que estos deben ser reciclados para evitar que se agoten y que desaparezca la vida en la Tierra.
Por esta razón, es necesario que estos ciclos sucedan para que cuando un organismo vivo muera, los elementos o sustancias químicas que se generan durante su descomposición puedan ser aprovechados y depositados en la tierra a fin de que después otros organismos puedan aprovecharlos.
En consecuencia, los ciclos biogeoquímicos son muy importantes para el desarrollo y continuación de la vida en el planeta.
No obstante, la actividad del ser humano puede intervenir, por diferentes razones, en estos ciclos, y acelerar o retrasar el uso de estos recursos.
Cabe destacar que los ciclos biogeoquímicos se realizan gracias a la energía que fluye abiertamente en el ecosistema, y que se obtiene de manera directa o indirecta del sol.
Tipos de ciclos biogeoquímicos
Como ya se mencionó anteriormente, los ciclos biogeoquímicos más importantes son seis.
Ciclo hidrológico o del agua
Se denomina como ciclo hidrológico o ciclo del agua al conjunto de procesos por el cual circula y se transforma el agua en la Tierra.
El agua cambia de estado según el proceso en el que se encuentre, pasando de vapor a líquido, y de líquido a sólido. Es uno de los pocos elementos que tiene esa capacidad y que es vital para que se desarrolle y mantenga la vida en el planeta.
Qué es el Ciclo del agua:
El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, es el proceso de transformación y circulación del agua en la Tierra.
En este sentido, el ciclo del agua consiste en el traslado del agua de un lugar a otro, cambiando de estado físico: pasando de estado líquido a gaseoso o sólido, o de estado gaseoso a líquido, según las condiciones ambientales.
En la Tierra, el agua se encuentra distribuida en los mares, ríos o lagos en estado líquido; en los glaciares de los polos y las montañas en estado sólido, y en las nubes, en estado gaseoso.
Dependiendo de la fase del proceso, el agua se encontrará en un lugar u otro. A continuación, explicaremos de forma esquemática y con imágenes ilustrativas cómo circula el agua en cada una de sus etapas.
Etapas del ciclo del agua
Fase 1: Evaporación
El ciclo del agua comienza con la evaporación. La evaporación ocurre cuando el sol calienta la superficie de las aguas de los ríos, lagos, lagunas, mares y océanos. El agua, entonces, se transforma en vapor y sube a la atmósfera, donde tendrá lugar la siguiente fase: la condensación.
Fase 2: Condensación
La siguiente etapa del ciclo del agua es la condensación. Durante esta fase, el vapor de agua que ha subido a la atmósfera gracias a la evaporación, se concentra en gotas que formarán nubes y neblina. Una vez allí, el agua pasará a su estado líquido nuevamente, lo que nos lleva al próximo paso: la precipitación.
Fase 3: Precipitación
La precipitación es el tercer paso en el ciclo del agua. Tiene lugar cuando el agua condensada de la atmósfera desciende a la superficie en forma de pequeñas gotas.
En las regiones más frías del planeta, sin embargo, el agua pasa del estado líquido al sólido (solidificación) y se precipita como nieve o granizo. Posteriormente, cuando se produce el deshielo, el agua volverá el estado líquido en un proceso conocido como fusión.
Fase 4: Infiltración
La cuarta etapa del ciclo del agua es la infiltración. Se conoce como infiltración el proceso en el cual el agua que ha caído en la superficie terrestre como consecuencia de las precipitaciones penetra en el suelo. Una parte es aprovechada por la naturaleza y los seres vivos, mientras que la otra se incorpora a las aguas subterráneas.
Fase 5: Escorrentía
La escorrentía es la etapa final del ciclo del agua. Esta fase comprende el desplazamiento del agua a través de la superficie, gracias a los declives y accidentes del terreno, para entrar de nuevo en los ríos, lagos, lagunas, mares y océanos, lo que constituye la vuelta al inicio del ciclo.
La escorrentía, además, es el principal agente geológico de erosión y transporte de sedimentos.
Importancia del ciclo del agua
El ciclo del agua es fundamental para el mantenimiento de la vida en la Tierra y para el sustento de todos los ecosistemas terrestres. Asimismo, determina la variación climática e interfiere en el nivel de los ríos, lagos, mares y océanos.
Los seres humanos tienen la responsabilidad de preservar el buen funcionamiento del ciclo del agua, ya que la acción del hombre ha llevado a cambios climáticos y contaminación en la biosfera, poniendo en riesgo la distribución del agua y la vida en la Tierra.
Qué es Ciclo del nitrógeno:
Se denomina como ciclo del nitrógeno a cada uno de los procesos biológicos (de plantas, animales y microorganismos) y abióticos (de la luz, pH, características del suelo, entre otros) en que se basa el suministro de este elemento en los seres vivos.
El nitrógeno es un elemento químico que se desplaza lentamente a través de un ciclo mediante el cual puede ser absorbido tanto por los seres vivos (animales y plantas), como por el aire, el agua o la tierra.
Por ello, el ciclo del nitrógeno es uno de los ciclos biogeoquímicos más importantes para mantener el equilibrio de la biósfera terrestre.
Cabe resaltar que el nitrógeno es el elemento químico de mayor abundancia en la atmósfera y un elemento básico para los seres vivos porque permite elaborar aminoácidos, ADN y proteínas.
Sin embargo, un buen porcentaje de los seres vivos no lo pueden aprovechar sin haber realizado el ciclo, excepto microorganismos especializados, como las algas o las bacterias.
En consecuencia, para que el nitrógeno pueda ser absorbido por los seres vivos, deben intervenir los vegetales y las bacterias que se encargan de fijar el nitrógeno para incorporarlo al suelo para que así pueda ser aprovechado por los animales y plantas antes de que se convierta en nitrógeno gaseoso y regrese a la atmósfera.
Proceso del Ciclo del Nitrógeno
El ciclo del nitrógeno consta de varios procesos que deben realizarse para que el nitrógeno pueda ser aprovechado por los seres vivos.
Por tal razón, el ciclo del nitrógeno se desarrolla tras un proceso bien definido de pasos, que incluye procesos físicos, químicos y biológicos.
Fijación biológica
Los seres vivos no pueden absorber el nitrógeno en estado gaseoso como se encuentra en la atmósfera, por eso debe ser transformado en nitrógeno orgánico, el cual se alcanza a través de la fijación biológica por medio de bacterias simbióticas que viven en las plantas y absorben el nitrógeno que obtiene el suelo.
El nitrógeno llega a la tierra por la energía desprendida de los rayos que se desprenden de las tormentas eléctricas al enviar de nuevo al suelo el nitrógeno por medio de las precipitaciones.
Cadena alimenticia
El nitrógeno entra en la cadena alimenticia una vez los vegetales y las plantas lo obtienen del suelo; de allí pasa a los animales herbívoros y de estos a los carnívoros.
Amonificación
Se refiere a la transformación química del nitrógeno que fue consumido y absorbido por plantas y animales, que una vez muertos se descomponen y desprenden nitrógeno amoniacal.
Nitrificación y desnitrificación
En este proceso, el nitrógeno amoniacal vuelve a estar contenido en el suelo y es aprovechado por las plantas como nitrógeno nítrico (nitrificación).
No obstante, estos nitratos pueden volver a la atmósfera a través de la desnitrificación (cuando se reduce el nitrato a nitrógeno gaseoso) o por lixiviación (al disolverse en el agua) y llegar a los lagos y ríos.
Ciclo del nitrógeno y actividad humana
Existen diversas actividades humanas que afectan negativamente el ciclo del nitrógeno.
Por ejemplo, fertilizar excesivamente los suelos, la tala de árboles, el cultivo intensivo, las centrales térmicas o el combustible de los vehículos afectan notoriamente a este ciclo porque repercute en los niveles de nitrógeno en estado natural y se genera mayores niveles de contaminación.
Qué es el Ciclo del carbono:
El ciclo del carbono es la forma en que el carbono circula a través de la atmósfera, los océanos y de la superficie e interior de la Tierra a través de procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos llamado ciclo biogeoquímico.
El ciclo del carbono es el más importante y complejo de los ciclos biogeoquímicos, dado que toda la vida conocida se compone sin excepción de compuestos derivados de ese elemento. Además, este ciclo involucra los principales procesos metabólicos de plantas y animales: la fotosíntesis y la respiración.
El carbono está presente en todos los elementos en la Tierra, por lo tanto, su ciclo es vital para la renovación, recomposición, alimentación y sobrevivencia de todos los seres y materias no vivas en la Tierra.
En el ciclo del carbono, el carbono se transfiere o se mueve entre los cuatro reservorios donde se encuentra en diferentes estados:
Un ejemplo del ciclo del carbono comienza con el dióxido de carbono en la atmósfera, el cual es absorbido junto con la luz solar por las plantas en el proceso de fotosíntesis para su crecimiento y alimentación.
Cuando las plantas mueren son absorbidas por el suelo que, después de millones de años, transforma el carbono en fósiles y combustibles fósiles como el carbón, el petróleo, el gas natural y el gas licuado.
Cuando usamos estos combustibles fósiles, el carbono es nuevamente transformado, entrando en la atmósfera como dióxido de carbono.
Las plantas también mueren al ser comidas por los animales. Los animales transforman el carbono de las plantas en azúcares. La respiración del animal devuelve el carbono a la atmósfera también en forma de dióxido de carbono.
El ciclo del carbono repite este intercambio con todos los seres y reservorios donde se divide en un ciclo rápido o biológico y un ciclo lento y geológico.
El dióxido de carbono es el gas que ayuda a crear el efecto invernadero, reteniendo el calor en la atmósfera y evitando que la Tierra sea un planeta congelado. Lamentablemente, las emisiones han aumentado en más de 30% de lo necesario por el uso indiscriminado de los combustibles fósiles y las emisiones de las industrias.
Qué es Ciclo del azufre:
El ciclo del azufre se refiere al ciclo biogeoquímico mediante el cual este elemento químico se puede encontrar en la naturaleza en sus diversas formas, como, por ejemplo, el sulfato.
El ciclo del azufre es considerado uno de los ciclos químicos más complejos de la naturaleza ya que en su recorrido, por los diferentes ecosistemas, el azufre experimenta diferentes estados de oxidación (esto ocurre cuando el componente químico se combina con el oxígeno).
El azufre, por su parte, es un elemento químico, no metal y el décimo más abundante en la corteza terrestre, es de gran importancia y está identificado con el símbolo S. Se caracteriza por ser de color amarillo pálido y tener un aroma que resulta bastante desagradable.
También, el azufre es un nutriente de gran importancia en la naturaleza, en especial para las plantas y los animales. Se puede encontrar en el suelo o agua, formando sulfatos, o mezclado con otros elementos.
Proceso del ciclo del azufre
El azufre también llega a los suelos a través de las heces de los animales, luego de su descomposición.
Asimismo, el azufre llega a la atmósfera como compuesto gaseoso como dióxido de azufre y sulfuro de hidrógeno, gases que son producidos por los volcanes o incendios y por la descomposición de materia orgánica generada por las bacterias, tanto en el suelo como en el agua.
En este caso, cuando el sulfuro de hidrógeno está en contacto con el oxígeno se oxida, de esta manera se genera el sulfato que luego recae en el suelo y en el agua por medio de las lluvias.
Por el contrario, el dióxido de azufre puede ser absorbido por las plantas directamente de la atmósfera.
Qué es Ciclo del oxígeno:
El ciclo del oxígeno es la circulación del elemento oxígeno en el interior y en la superficie de la Tierra a través de procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos.
La importancia del ciclo del oxígeno radica en lo imprescindible que es este elemento para la vida en el planeta.
El proceso de transformación de su recorrido se define como un ciclo biogeoquímico. En este sentido, el oxígeno pasa por mutaciones físicas, químicas, geológicas y biológicas en el proceso.
Características del ciclo del oxígeno
El oxígeno, como elemento químico, se encuentra en abundancia y en diversas combinaciones químicas en la naturaleza. Como tal, su forma más común son gas oxígeno (O2), gas carbónico (CO2) y agua (H2O). Como tal, el ciclo del oxígeno se caracteriza por ser una combinación de los ciclos: del oxígeno como gas oxígeno, del carbono como gas carbónico, y del agua en sus distintos estados de agregación.
El ciclo del oxígeno se manifiesta en dos tipos de procesos: ciclo lento o geológico y ciclo rápido o biológico.
Los ciclos lentos o geológicos son aquellos que forman parte del proceso geológico de la Tierra como, por ejemplo, el ciclo hidrológico.
El ciclo hidrológico es el recorrido que hacen dos moléculas de oxígeno junto con una molécula de hidrógeno por la superficie y el interior de la Tierra, a través de las etapas de evaporación, condensación, precipitación, infiltración y escorrentía.
Por otro lado, los ciclos rápidos o biológicos son aquellos que constituyen parte de los procesos biológicos de los seres vivos.
Ejemplo de ciclos rápidos o biológicos del oxígeno son la respiración que se manifiesta en dos pasos: la absorción del oxígeno y liberación del dióxido de carbono. Asimismo, la fotosíntesis también forma parte de los ciclos biológicos del oxígeno que se resume en los mismos dos pasos que la respiración pero absorbiendo dióxido de carbono y liberando oxígeno.
Qué es el Ciclo del fósforo:
El ciclo del fósforo es un ciclo biogeoquímico de la naturaleza, fundamental para la vida en el planeta.
Este ciclo describe el movimiento del fósforo a través de una serie de fases dentro de los ecosistemas.
El fósforo es un elemento químico de la tabla periódica, también identificado con el símbolo P. Es uno de los elementos más escasos e importantes para el desarrollo de la vida.
El ciclo del fósforo es el último y más complejo de los ciclos biogeoquímicos principales, ya que el fósforo es un elemento abundante en la corteza terrestre, en forma mineral, pero que los seres vivos requerimos esencialmente, aunque en cantidades moderadas.
El fósforo forma parte de compuestos tan vitales como el ADN y el ARN, y su ciclo puede resumirse así:
Pasos del ciclo del fósforo
El fósforo es el elemento más escaso, de allí que su presencia sea fundamental para el crecimiento de los ecosistemas, principalmente los acuáticos.
Se mueve a través de los ecosistemas terrestre y acuático a lo largo de una serie de etapas que describiremos a continuación.
Ciclo del fósforo en tierra firme
El fósforo es tomado en forma de fosfatos por los seres vivos, gracias al proceso de meteorización de las rocas, ya que las rocas, al descomponerse, liberan fosfatos.
Estos fosfatos pasan a través del suelo a los vegetales, y de estos a los animales que se alimentan de las plantas o de otros animales que los hayan obtenido, y son devueltos al suelo a través de sus excrecencias.
Ya en el suelo, los descomponedores actúan sobre los excrementos animales, volviendo a producir fosfatos.
Asimismo, el fósforo también puede ser liberado durante la descomposición de cadáveres. De allí, pasa a los organismos vegetales en forma de fosfato orgánico.
El ser humano es también responsable de la movilización del fósforo cuando explota rocas que contienen fosfatos.
Ciclo del fósforo en el mar
Una parte de los fosfatos llega al mar transportado por las corrientes hídricas terrestres. Allí son tomados por las algas, los peces y las aves marinas; estas últimas, al excretar, producen guano, un tipo de abono aprovechado por la agricultura, rico en fosfato.
Por su parte, en el fondo del mar, los restos de los animales marinos dan lugar a rocas fosfatadas. De las rocas, se libera fósforo en el suelo, que es a su vez aprovechado por las plantas y los animales que se alimenten de estas.
El fósforo no toma forma de fluidos volátiles (como sí ocurre con el nitrógeno, el carbono y el azufre), lo que le permitiría pasar del mar a la atmósfera y de esta a la tierra.
Por eso, solo hay dos formas en que el fósforo que ha llegado al mar retorne a los ecosistemas terrestres:
Qué es Efecto invernadero:
El efecto invernadero es un fenómeno natural del calentamiento térmico de la Tierra y es esencial para mantener la temperatura del planeta en condiciones ideales para la supervivencia, y sin él, la Tierra sería demasiado fría, lo que dificulta el desarrollo de las especies y la existencia de vida.
Se le llama efecto invernadero debido a que el mismo efecto se puede observar, aunque en menor medida, en el interior de un invernadero.
En las últimas décadas, sin embargo, la concentración de estos gases de aislamiento ha aumentado bastante debido a la acción del hombre, a la actividad humana, a través de la quema de combustibles fósiles, de la deforestación y de la acción de las industrias, aumentando la contaminación del aire.
Este exceso de la capa de gases aislantes está haciendo que parte de estos rayos no puedan volver al espacio, provocando un aumento de la temperatura en todo el planeta, denominado el calentamiento global, y produciendo también un cambio climático, por eso, el nombre de efecto invernadero se utiliza para describirlo.
En 1997, con el objetivo de reducir las emisiones de gases, las Organización de las Naciones Unidas (ONU) convocó a varios países para firmar un tratado llamado el Protocolo de Kyoto, que obliga a los países industrializados a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero un 5,2% menos que el promedio de 1990. Los Estados Unidos, uno de los países que más contribuyen a este daño al medio ambiente, todavía no ha firmado el documento.
El efecto invernadero y el calentamiento global
Aunque algunos científicos creen que el calentamiento global ocurre debido a causas naturales, la mayoría afirma que ocurre debido a la excesiva emisión de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Estos gases desequilibran el balance energético de la Tierra y destruyen la capa de ozono, dejando al planeta Tierra más vulnerable a los rayos ultravioletas del Sol.
Causas y consecuencias del efecto invernadero
El efecto invernadero está causado por el exceso de CO2 y el vapor de agua, principalmente, y otros gases (como el metano, el óxido de nitrógeno, los clorofluorocarbonos y el ozono) en la atmósfera.
La capa de los gases de efecto invernadero se espesó más a partir de la Revolución Industrial, y la temperatura comenzó a subir de manera significativa.
Las altas temperaturas provocadas por los gases invernadero alteran y desequilibran el sistema climático de la Tierra. Algunas de las consecuencias son:
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