Los ciclos de la Tierra se refieren a los procesos cíclicos de la materia y la energía en el planeta, incluyendo los ciclos biogeoquímicos (agua, carbono, nitrógeno, etc.),
que son vitales para la vida; los movimientos de la Tierra (traslación, rotación, etc.), que determinan el clima y las estaciones; y los ciclos geológicos (hidrológico, petrológico, tectónico), que modelan la superficie del planeta.
Ciclos biogeoquímicos
Son los procesos que reciclan elementos esenciales para la vida a través de la atmósfera, el suelo, el agua y los organismos vivos.
- Ciclo del carbono
- Ciclo del nitrógeno
- Ciclo del fósforo
- Ciclo del agua
Ciclo del carbono: El carbono se mueve de la atmósfera a las plantas a través de la fotosíntesis, y de ahí a los animales. La respiración y la descomposición devuelven el carbono a la atmósfera.
El ciclo del carbono es un proceso natural en el que este elemento circula de manera continua por la Tierra. A través de este ciclo, el carbono se mueve entre los ecosistemas y los distintos componentes del planeta:
- La biosfera
- La litosfera
- La hidrósfera
- La atmósfera.
Se trata de un ciclo global, aunque las formas en las que aparece el carbono varían según la región y el entorno. En cada lugar, el elemento se presenta en compuestos químicos diferentes.
Por ejemplo: puede encontrarse en las reservas minerales bajo tierra, en forma de carbono inorgánico disuelto en el agua de mar o como dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera.
Características del ciclo del carbono
Algunos aspectos que caracterizan al ciclo del carbono son:
- Es un ciclo global. El carbono se distribuye en la atmósfera y circula por todo el planeta.
- Se desarrolla en dos etapas principales. Una etapa rápida, vinculada a los procesos biológicos de los seres vivos (como la respiración o la fotosíntesis), y una etapa lenta, relacionada con los procesos geológicos, como la formación de combustibles fósiles.
- Genera distintos compuestos químicos. A lo largo del ciclo, el carbono se combina en diversas formas y estados de agregación (sólido, líquido, gaseoso), según el ambiente en que se encuentre.
Etapas del ciclo del carbono
El ciclo del carbono se desarrolla a través de varias etapas y procesos que permiten el traslado de este elemento químico entre los seres vivos y el entorno que los rodea. Las principales etapas del ciclo del carbono son la etapa rápida y la etapa lenta:
Etapa rápida o biológica
En esta etapa intervienen los procesos vitales de los organismos vivos, como los que se detallan a continuación:
- Fijación del carbono por las plantas. Cuando las plantas y algunas bacterias realizan el proceso de fotosíntesis, fijan el carbono al utilizar la luz solar y el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera.
- Liberación del carbono a la atmósfera. Se libera CO2 a la atmósfera debido a la respiración celular en los organismos vivos, a la respiración de las plantas durante la noche y a la descomposición de la materia orgánica tras la muerte de los seres vivos.
Etapa lenta o geológica
En esta etapa participan procesos químicos y físicos que movilizan el carbono a lo largo de millones de años. Comprende los siguientes procesos:
- Mineralización y sedimentación del carbono. El carbono se acumula en el suelo y en los océanos, formando depósitos que, con el tiempo, pueden convertirse en rocas sedimentarias, fósiles y combustibles fósiles.
- Liberación del carbono por metamorfismo y vulcanismo. Cuando las rocas que contienen carbono se desplazan o sufren transformaciones internas, liberan este elemento. También se libera carbono durante las erupciones volcánicas.
- Emisión de CO2 y metano (CH4) por actividades humanas. La minería, la quema de combustibles fósiles y diversos procesos industriales suelen liberar grandes cantidades de carbono (en forma de CO2 y CH4) a la atmósfera, lo que intensifica el efecto invernadero.
Importancia del ciclo del carbono
El ciclo del carbono es esencial para el mantenimiento de la vida en la Tierra. Mediante este ciclo, el carbono circula entre distintos ambientes y se integra en compuestos químicos que cumplen funciones clave en los seres vivos, en los procesos geológicos y en la actividad humana.
Es un ciclo muy importante debido a que el carbono forma parte de las moléculas esenciales de los seres vivos, como las proteínas, el ADN, el ARN, los carbohidratos y los lípidos. Además, el carbono es un elemento fundamental durante el proceso de fotosíntesis.
Por otra parte, el carbono forma parte de muchos combustibles fósiles que impulsan gran parte de la economía mundial, como la industria de los plásticos, la farmacéutica y la química de la que derivan productos como lacas, pinturas y cosméticos.
Alteraciones por impacto humano en el ciclo del carbono
La actividad humana ha intervenido de manera significativa en la cantidad de carbono que circula por el planeta. Las emisiones de dióxido de carbono y de metano, debido a la quema de combustibles fósiles y a la actividad industrial, han incrementado la concentración de carbono en la atmósfera.
Además, los incendios forestales liberan grandes cantidades de carbono en la atmósfera. Ese aumento de dióxido de carbono es uno de los principales motivos del desequilibrio en el efecto invernadero.
Cuando la radiación solar llega a la Tierra, una parte se refleja de nuevo hacia el espacio y otra parte es absorbida por la superficie terrestre, que se calienta.
Normalmente, parte de ese calor debería liberarse de nuevo hacia el espacio; sin embargo, los gases de efecto invernadero retienen parte de esa energía, emitiéndola en diferentes direcciones y provocando un aumento de la temperatura del planeta.
Los principales gases de efecto invernadero son el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), el vapor de agua (H2O), el óxido nitroso (N2O) y el ozono (O3).
La alteración en los ciclos de cualquiera de estos gases puede contribuir al desequilibrio del efecto invernadero, que contribuye al sobrecalentamiento de la temperatura del planeta.
El ciclo del carbono es un proceso natural en el que este elemento circula de manera continua por la Tierra. A través de este ciclo, el carbono se mueve entre los ecosistemas y los distintos componentes del planeta:
- La biosfera
La biosfera es la “envoltura viva” que cubre la superficie del planeta Tierra. Incluye la corteza terrestre (geósfera), la masa de aire que se encuentra por encima (atmósfera) y las aguas superficiales y profundas (hidrósfera).
La biosfera es muy irregular y tiene densidades variables. Está compuesta portodas las formas de vida y las interacciones que mantienen con sus respectivos entornos. En otras palabras, es el ecosistema global, en el que se incluyen todos los ecosistemas locales.
La biosfera surgió hace alrededor de 3.500 millones de años. Desde entonces, a lo largo de la evolución, cada especie ha experimentado algún tipo de adaptación a las condiciones ambientales.
Componentes de la biosfera
La biosfera reúne los ecosistemas naturales y seminaturales más característicos del planeta. En ella, se distinguen tres tipos de ambientes: los terrestres, los acuáticos y los humedales.
Ambientes terrestres
Los ambientes terrestres tienen una gran diversidad, influida por diversos factores. El principal de ellos es el clima, que cumple un papel organizador en la distribución de las comunidades bióticas del territorio. Por otro lado, la flora (es decir, la distribución y composición de la vegetación) imprime rasgos distintivos a los ecosistemas terrestres, delimitando regiones llamadas “biomas”.
De este modo, se distinguen diversos biomas en los cuales se encuentran formas de vida similares. Por ejemplo, las selvas, los bosques, las praderas, las estepas, entre otros.
Ambientes acuáticos
En los ambientes acuáticos, la influencia del clima es atenuada por la capacidad moderadora del agua. La vida en este tipo de ambientes difiere significativamente según se trate de aguas marinas o continentales.
Los ambientes de aguas continentales dependen en mayor medida del medio terrestre, que aporta gran cantidad de materia orgánica, formada por hojarasca y animales muertos que son presa de los organismos descomponedores. Por ejemplo, los lagos, las lagunas y los ríos.
Humedales
Los humedales son áreas que permanecen en estado de inundación moderada, con suelos saturados de agua durante largo tiempo. Comprenden los mallines, las turberas, las lagunas estacionales, los esteros y las cañadas.
En estos ambientes, el factor más importante para la distribución de la biodiversidad lo constituyen las precipitaciones. La flora y la fauna presentan adaptaciones relacionadas con las condiciones de inundación, por ejemplo, las ranas, los sapos y las plantas sumergidas.
Capas de la biosfera
La biosfera incluye a la geósfera, la hidrósfera y la atmósfera.
Si bien la biosfera no se presenta en una estructura rígida de capas, en ella convergen tres sistemas fundamentales para su mantenimiento. Ellos son:
- Geósfera. Es la parte sólida de la Tierra, en cuya superficie se produce la vida.
- Hidrósfera. Es el conjunto de todos los cuerpos de agua líquida y sólida que existen en el planeta, sin los cuales la vida no habría sido posible.
- Atmósfera. Es la masa heterogénea de aire que recubre a la geósfera. Brinda los gases indispensables para la vida, como el dióxido de carbono (CO2), necesario para la fotosíntesis, y el oxígeno (O2), necesario para la respiración.
Importancia de la biosfera
La biosfera es única en el sistema solar, dado que la Tierra es el único planeta en el que se ha conocido la vida. En ella, se integran los distintos biomas y ecosistemas, que proveen recursos vitales como el agua, el oxígeno, los alimentos y los suelos fértiles.
Todos los ambientes que alberga, desde las selvas hasta los océanos y los humedales, garantizan la continuidad de los ciclos biológicos y energéticos. Al mismo tiempo, la biosfera sostiene a las sociedades humanas, que dependen de sus recursos para vivir y desarrollarse.
Además, los procesos bioquímicos llevados a cabo por las distintas formas de vida modifican el medio ambiente al añadir o retirar diversos compuestos.
Por ejemplo, la aparición de la fotosíntesis durante el Precámbrico transformó profundamente la composición de la atmósfera: aumentó la concentración de oxígeno en el aire y redujo la cantidad de dióxido de carbono.
Esto permitió un enfriamiento gradual del planeta al disminuir el efecto invernadero generado por los gases pesados de la atmósfera.
Reservas de la biosfera
La biosfera de Entlebuch fue reconocida por la Unesco en 2001.
Las reservas de la biosfera son determinadas regiones del planeta que se consideran representativas de los diversos hábitats. Su extensión supera los 7.442.000 kilómetros cuadrados y alcanza a 134 países. En conjunto, estas reservas son hogar de cerca de 275 millones de personas alrededor del mundo.
Dado su gran interés científico y su enorme aporte a la biodiversidad, las reservas de la biosfera cuentan con un apoyo especial de parte de la Unesco, en el marco del Programa sobre el Ser Humano y la Biosfera inaugurado en 1971. Sin embargo, no se trata de áreas protegidas, ni están contempladas en ningún tratado internacional. Forman parte de la soberanía territorial de sus respectivos países.
Por ejemplo, el parque Kempen-Broek (Bélgica) reúne la riqueza natural con la huella de la historia humana. Sus antiguos humedales fueron convertidos en campos de cultivo desde el siglo XIX, aunque todavía se pueden encontrar vestigios de aquellas marismas, con estanques dispersos, áreas pantanosas abiertas y bosques de turba.
La geósfera
La geósfera es el conjunto de capas que constituyen la parte sólida de la Tierra. Junto con la hidrósfera (parte acuática), la atmósfera (parte gaseosa) y la biósfera (conjunto de los seres vivos), conforman las partes en que puede dividirse analíticamente el planeta.
La Tierra está formada por materiales rocosos de distinta naturaleza, muchos de los cuales datan de los primeros períodos geológicos y tienen más de 4.400 millones de años de antigüedad.
El estudio de la geósfera permite conocer la estructura interna de la Tierra y los procesos que han moldeado su superficie a lo largo del tiempo. Se investiga mediante técnicas como la sismología, que analiza las ondas sísmicas producidas por los terremotos, y la geofísica, que utiliza mediciones del campo magnético y la gravedad terrestre. Además, se realizan estudios geológicos directos a través del análisis de rocas, minerales y fósiles.
Puntos clave
- La geósfera es el conjunto de capas que constituyen la parte sólida de la Tierra.
- Su estructura está compuesta por tres capas: la corteza, el manto y el núcleo.
- Conforma la base estructural donde se desarrolla la vida, se forman los recursos naturales y se desarrollan y transforman los relieves de la Tierra.
- La principal disciplina que la estudia es la geología, aunque también lo hacen la mineralogía, la petrología, la paleontología y la sismología, entre otras.
Estructura de la geósfera
La corteza es el estrato de roca superficial de la geósfera.
La estructura de la geósfera comprende tres capas: la corteza, el manto y el núcleo.
- Corteza terrestre. Se extiende desde la superficie hasta los 35 kilómetros de profundidad. Es la capa más externa y delgada de la geósfera. Está formada por rocas sólidas, como el granito y el basalto. Se divide en corteza continental y corteza oceánica. En esta capa, se encuentran los continentes y los océanos, y es donde se desarrolla toda la vida en el planeta.
- Manto terrestre. Se extiende desde los 35 hasta los 2.890 kilómetros de profundidad. Es la capa más gruesa de todas, compuesta por rocas silíceas, con mayor contenido de hierro que la corteza. Aunque es sólida, tiene zonas en las que el material se comporta como un fluido lento. En esta capa, ocurren los movimientos que causan los desplazamientos de las placas tectónicas y los terremotos.
- Núcleo terrestre. Se extiende desde los 2.890 hasta los 6.371 kilómetros de profundidad. Es la porción más profunda de la geósfera, en donde se hallan los materiales más densos.
- El núcleo se divide a su vez en dos estratos: núcleo externo (de 2.890 a 5.150 kilómetros de profundidad) y núcleo interno (de 5.150 a 6.371 kilómetros de profundidad), y está compuesto en su mayor parte por hierro y níquel.
Importancia de la geósfera
La geósfera es la porción más antigua de nuestro planeta.
La geósfera es fundamental para el funcionamiento del planeta Tierra, ya que conforma la base estructural sobre la cual se desarrollan los procesos físicos, biológicos y químicos que sustentan la vida.
Influyó en la configuración de la superficie terrestre y en la evolución geológica del planeta a lo largo del tiempo, como por ejemplo en la formación de los continentes o en la elevación de las cordilleras.
Además, la geósfera alberga una enorme cantidad de recursos naturales, como minerales, combustibles fósiles, agua subterránea y rocas de distinto tipo, fundamentales para el desarrollo de la vida humana.
También influye directamente en otros sistemas del planeta, como la atmósfera, la hidrósfera y la biósfera. Por ejemplo, cuando la actividad volcánica modifica el clima al liberar gases y cenizas a la atmósfera.
El estudio de la geósfera
La geología es la disciplina principal encargada del estudio de la geósfera. Se ocupa tanto del análisis de las rocas y los minerales, como de los procesos que han conformado la superficie terrestre a lo largo del tiempo.
Además de ella, otras ciencias también estudian la geósfera: la geofísica investiga las propiedades físicas del interior terrestre y la geoquímica se ocupa de la distribución y el comportamiento de los elementos químicos en las distintas capas de la Tierra. También estudian la geósfera disciplinas como la mineralogía, la petrología, la paleontología y la sismología.
Para llevar adelante sus investigaciones, estas ciencias utilizan tanto métodos directos como indirectos. Entre los métodos directos, se destacan el análisis y la recolección de muestras de rocas, y la perforación del subsuelo mediante sondeos geológicos.
Los métodos indirectos se utilizan para estudiar las capas más profundas del planeta. Entre ellos, se encuentran la sismología, que analiza la propagación de ondas sísmicas para inferir la estructura interna de la Tierra, y la gravimetría, que mide variaciones del campo gravitatorio
La hidrósfera
En el ámbito de las Ciencias de la Tierra, se conoce como hidrósfera al sistema de depósitos y circulaciones del agua que hay sobre la superficie sólida del planeta, y que incluye a océanos, mares, lagos, ríos, aguas subterráneas, hielos y nieves.
La Tierra es el único planeta del Sistema Solar que presenta depósitos de agua líquida, lo cual la hace idónea para la vida tal y como la conocemos. El agua cubre aproximadamente dos tercios de la superficie del planeta terrestre, para un total de más o menos 1400 trillones de litros, distribuidos en diversos peldaños de la siguiente manera:
- Océanos. Unos 1.370.323.000 km3 equivalentes a un 93,96%
- Aguas subterráneas. De 60.000.000 a 4.000.000 km3 para un 4,12%
- Aguas interiores y glaciares. 24.000.000 km3 para un 1,65%
- Embalses y lagos. de 280.000 a 5.000 km3 para un 0,019%
- Humedad de los suelos. 85.000 km3 para 0,006%
- Humedad atmosférica. 14.000 km3 para 0,001%
- Agua de los ríos. 1.200 km3 para 0,0001%
Dependiendo de dónde se encuentre el agua, variará su capacidad de renovación y su velocidad de cambio. En su forma gaseosa se renueva unas 34 veces al año completamente, mientras que sale por completo de la atmósfera en 10 días. En cambio, al agua del océano le toma unos 3700 años para renovarse completamente.
La hidrósferase halla en constante movimiento e intercambio de fluidos a medida que se cumple el ciclo hídrico o ciclo del agua, en el que este líquido se evapora, precipita y congela cíclicamente, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura de las distintas regiones. Este ciclo es indispensable para la vida en el planeta: la precipitación humedece los suelos y alimenta los ríos montañosos, mientras la evaporación mantiene el aire húmedo y elimina el exceso de agua, perpetuando el ciclo.
La atmósfera.
La atmósfera es la capa gaseosa que rodea la Tierra. Está conformada por distintas capas superpuestas que cumplen funciones específicas vinculadas a la regulación de la temperatura, el ingreso de la energía solar y el desarrollo de los procesos meteorológicos.
La atmósfera posibilita la existencia de las formas de vida conocidas, al mismo tiempo que condiciona las actividades humanas y la organización social de las personas.
Está formada mayoritariamente por nitrógeno y oxígeno, junto con proporciones menores de otros gases, como argón, dióxido de carbono y vapor de agua.
En las últimas décadas, los elevados niveles de contaminación alteraron el funcionamiento natural de la atmósfera. Se modificó la concentración de ciertos gases y se alteraron los patrones climáticos del planeta.
Puntos clave
- La atmósfera es la capa gaseosa que rodea la Tierra.
- Está conformada por distintas capas superpuestas denominadas tropósfera, estratósfera, mesósfera, termósfera y exósfera.
- Está compuesta mayoritariamente por nitrógeno y oxígeno, junto con proporciones menores de otros gases, como argón, dióxido de carbono y vapor de agua.
- En las últimas décadas, sufrió un avanzado proceso de contaminación como consecuencia de las actividades humanas.
Composición de la atmósfera
Los principales gases que componen la atmósfera son el nitrógeno (78,08 %), el oxígeno (20,94 %), el vapor de agua (entre 1 y 4 % a nivel superficial) y el argón (0,93 %).
Además de estos componentes principales, la atmósfera contiene gases en proporciones muy reducidas, conocidos como “gases traza”, cuya presencia es fundamental para el equilibrio climático del planeta. Entre ellos, se destacan el dióxido de carbono y el metano, vinculados a la regulación térmica global, y el ozono, cuya concentración en la estratósfera conforma una capa que limita el ingreso de radiación ultravioleta.
A estos gases, se suman aerosoles y partículas en suspensión de origen natural y antrópico. Estos también son importantes, ya que pueden influir en la formación de nubes, la dispersión de la radiación solar y la calidad del aire.
Capas de la atmósfera
La mesósfera es la zona más fría de la atmósfera.
La atmósfera terrestre se compone de las siguientes capas:
- Tropósfera. Es la capa más baja de la atmósfera y la que está en contacto con la superficie. Tiene un espesor aproximado de 8 kilómetros en las zonas polares y de hasta 18 kilómetros en las regiones ecuatoriales. En ella se concentran casi todos los fenómenos meteorológicos, como las lluvias, los vientos y las nubes. Su temperatura desciende con la altitud a razón de unos 6,5 °C por kilómetro, hasta alcanzar los -50 °C en la tropopausa, el límite superior de esta capa.
- Estratósfera. Se extiende desde los 18 hasta los 50 kilómetros de altura. A diferencia de la tropósfera, en la estratósfera la temperatura aumenta con la altura debido a la presencia de la capa de ozono, que absorbe gran parte de la radiación ultravioleta proveniente del Sol.
- Mesósfera. Está ubicada entre los 50 y los 80 kilómetros de altura. Su temperatura disminuye con la altura, y alcanza valores cercanos a los -90 °C en su límite superior, denominado “mesopausa”. En esta capa, se desintegran la mayoría de los meteoritos que penetran en la atmósfera, lo que la convierte en una región fundamental para la protección de la superficie terrestre.
- Termósfera. Se extiende desde los 80 hasta los 500 kilómetros de altura. Presenta oscilaciones de temperatura drásticas que dependen de la intensidad solar: puede registrar temperaturas de 1500 °C durante el día y caer hasta 500 °C durante la noche.
- Exósfera. Es la capa externa de la atmósfera, que se extiende desde los 800 hasta los 10.000 kilómetros de altura. En la exósfera, las partículas gaseosas son muy escasas y pueden escapar de la gravedad terrestre. Está compuesta principalmente por hidrógeno y helio. En ella, orbitan numerosos satélites artificiales y estaciones espaciales.
Importancia de la atmósfera
La atmósfera cumple un rol vital en la protección del planeta y, por lo tanto, también de la vida. Su densidad desvía o atenúa las formas de radiación electromagnética provenientes del espacio, así como los eventuales meteoritos y objetos que pudieran impactar sobre su superficie, la mayoría de los cuales se disuelve por el roce con los gases al ingresar a ella.
Por otra parte, en la estratósfera se halla la capa de ozono, una acumulación de este gas que impide el acceso directo de la radiación solar a la superficie terrestre, manteniendo así la temperatura del planeta estable.
Además, la atmósfera contiene gases que impiden la rápida dispersión del calor hacia el espacio, lo que se denomina “efecto invernadero natural”. Así también, posee otros gases indispensables para la vida como la conocemos, como el oxígeno y el vapor de agua, y cumple un rol fundamental en la perpetuación del ciclo hídrico de evaporación, condensación y precipitación del agua.
Fenómenos atmosféricos
Los fenómenos atmosféricosson manifestaciones físicas que ocurren en la atmósfera como resultado de la interacción entre sus componentes y la radiación solar, la rotación terrestre y el relieve.
Entre los más frecuentes, se encuentran la formación de nubes, las precipitaciones y los vientos, que se generan a diario por diferencias de temperatura y presión entre distintas regiones.
Otros fenómenos atmosféricos suceden con menos frecuencia, como las tormentas eléctricas, los tornados y los huracanes. Estos procesos están asociados a intensas variaciones de presión y temperatura en la atmósfera que provocan movimientos violentos del aire y precipitaciones muy intensas.
Además, la atmósfera presenta fenómenos luminosos y ópticos, como las auroras y los arcoíris, que se producen por la interacción de la luz solar con gases, gotas de agua o el campo magnético de la Tierra.
Contaminación de la atmósfera
La contaminación de la atmósfera se produce cuando sustancias químicas, partículas o gases se incorporan al aire en concentraciones superiores a las naturales. Estos contaminantes provienen de actividades humanas como la quema de combustibles fósiles, la industria y la agricultura intensiva.
Uno de los impactos más estudiados de la contaminación atmosférica es el incremento del efecto invernadero causado por la acumulación de gases como el dióxido de carbono, el metano y el óxido nitroso. Este fenómeno contribuye al cambio climático, lo que modifica las condiciones meteorológicas en distintas regiones del mundo.
La contaminación también ha influido en la alteración de la capa de ozono, situada principalmente en la estratósfera, cuya función es absorber gran parte de la radiación ultravioleta proveniente del Sol. A mediados del siglo XX, el uso de clorofluorocarbonos y otras sustancias químicas provocó un adelgazamiento muy importante de esta capa, especialmente sobre la región antártica. Esto generó un aumento en la radiación ultravioleta que llega a la superficie y tuvo efectos sobre la salud humana y los ecosistemas.
Ciclo del oxígeno
El ciclo biogeoquímico del oxígeno es el conjunto de procesos por los que el oxígeno circula por el planeta Tierra. Estos procesos pueden ser físicos, químicos, biológicos y geológicos.
Durante este ciclo, el oxígeno forma parte de compuestos químicos que cambian de estado de agregación (sólido, líquido o gaseoso), como el agua (H2O), cuando se evapora, condensa y congela. También el oxígeno y sus compuestos pueden experimentar reacciones químicas, como por ejemplo, la formación del ozono (O3) a partir de oxígeno diatómico (O2).
Por otra parte, el oxígeno forma parte de los seres vivos, y mediante este ciclo es posible que este elemento se traslade desde ellos hacia el entorno que los rodea y viceversa. Además, en este ciclo también intervienen procesos geológicos, como la oxidación, que permiten transformar el oxígeno a distintas formas químicas que circulan por el planeta.
El ciclo del oxígeno es imprescindible para el mantenimiento de la vida en el planeta Tierra, pues el oxígeno es el elemento químico principal en la respiración de los organismos vivos. Además, forma parte de dos moléculas esenciales para la vida, el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2).
Características del ciclo del oxígeno
El ciclo del oxígeno tiene características específicas que están relacionadas con los distintos procesos que intervienen en este ciclo. Además, este ciclo forma parte de otros ciclos biogeoquímicos, como el ciclo del carbono y el ciclo del agua.
Las principales características del ciclo del oxígeno son:
- Forma parte de algunas etapas del ciclo hidrológico (o ciclo del agua), debido a que el oxígeno forma parte del agua (H2O). El ciclo hidrológico también contribuye a la circulación del oxígeno en el planeta Tierra. Por ejemplo: la evaporación es una etapa del ciclo hidrológico que se da cuando el agua se transforma de líquida a gaseosa. Esto provoca que el oxígeno presente en el agua líquida se transporte hacia la atmósfera formando parte del agua gaseosa, y luego se libera de esta molécula cuando es impactada por la radiación solar.
- Forma parte del ciclo del carbono, pues el oxígeno forma parte del dióxido de carbono (CO2) y del monóxido de carbono (CO), que son moléculas que circulan por el planeta durante el ciclo del carbono.
- Está formado por procesos biológicos (relacionados a los seres vivos), físicos (relacionados a cambios de estado de agregación y mezclas, entre otros), químicos (relacionados a la formación y descomposición de compuestos químicos) y geológicos (relacionados con fenómenos naturales que afectan la estructura, composición y forma de la Tierra).
- Tiene una etapa lenta (que involucra procesos biológicos) y una etapa rápida (que involucra procesos geológicos).
Etapas del ciclo del oxígeno
El ciclo del oxígeno está compuesto por varias etapas:
Etapa rápida o biológica
La etapa biológica del ciclo del oxígeno es la que involucra los procesos biológicos que pertenecen a los seres vivos. Está formada por los siguientes procesos:
- Fotosíntesis. Es el proceso por el que algunos organismos vivos, como las plantas, algas y el fitoplancton, utilizan dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y luz solar para obtener energía y producir sus nutrientes. Como resultado de la fotosíntesis, estos organismos liberan oxígeno (O2) a la atmósfera.
- Respiración. Es el proceso que utilizan los organismos aerobios (organismos que viven y se desarrollan utilizando oxígeno) para incorporar oxígeno (O2) a sus cuerpos, mientras que expulsan dióxido de carbono (CO2) al medio que los rodea.
Etapa lenta o geológica
La etapa geológica del ciclo del oxígeno incluye procesos de oxidación de algunos elementos químicos y la descomposición de ciertos compuestos químicos. Está formada por los siguientes procesos:
- Parte del ciclo hidrológico y procesos atmosféricos. El ciclo hidrológico es la circulación del agua en el planeta Tierra. Este ciclo está formado por varias etapas: evaporación, condensación, precipitación, infiltración y escorrentía. La evaporación del agua es el paso de agua líquida a gaseosa, y provoca que se forme agua gaseosa en la atmósfera. Uno de los procesos atmosféricos que involucra al oxígeno está relacionado con la descomposición de las moléculas de agua gaseosa presentes en la atmósfera cuando interactúan con la radiación solar, lo que provoca que se separen en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2).
- Oxidación. Algunos compuestos químicos se forman debido a la oxidación de elementos químicos. Estos compuestos luego pueden descomponerse y liberar el oxígeno. Este es el caso del óxido de mercurio (HgO), que se utiliza en laboratorios químicos y en la producción de mercurio. Cuando se calienta el HgO, se libera oxígeno.
- Descomposición. Los organismos muertos se descomponen por la acción de ciertos microorganismos que consumen oxígeno para realizar la descomposición y luego liberan CO2.
Importancia del ciclo del oxígeno
El ciclo del oxígeno es muy importante para el mantenimiento de la vida en el planeta, pues los seres vivos aerobios utilizan el oxígeno para realizar el proceso de respiración, que les permite obtener la energía necesaria para realizar funciones de su organismo, como desplazarse y comer.
Además, el oxígeno es fundamental para la respiración de los organismos vivos y para la descomposición de los organismos muertos.
Por otra parte, el oxígeno forma parte del CO2, que es usado por las plantas para realizar la fotosíntesis, liberando oxígeno molecular (O2) en el proceso. También forma parte del agua (H2O), que es la molécula esencial para la vida de todos los seres vivos.
Ciclo del nitrógeno:
El ciclo del nitrógeno es la circulación de nitrógeno en el planeta Tierra. Durante este ciclo el nitrógeno forma parte de distintos compuestos químicos que se mueven entre los distintos ecosistemas y el entorno que los rodea.
El nitrógeno que se encuentra en la atmósfera en forma gaseosa (N2) no puede ser utilizado por las plantas y los animales para realizar sus funciones vitales. Es por esto que es necesario un conjunto de procesos que transformen el nitrógeno atmosférico en compuestos químicos que contienen nitrógeno, como los iones nitrato (NO3–) y amonio (NH4+), y que los organismos vivos sí puedan utilizar para realizar sus funciones.
En estos procesos (necesarios para convertir el nitrógeno de la atmósfera en formas útiles de nitrógeno) intervienen microorganismos llamados bacterias y hongos. Estos microorganismos son capaces de transformar el nitrógeno de la atmósfera en compuestos químicos que pueden ser utilizados por las plantas y los animales.
Este ciclo garantiza que el nitrógeno se traslade entre organismos vivos y no vivos, y además permite que el nitrógeno atmosférico se transforme a formas utilizables por los seres vivos. Por ejemplo: el nitrógeno en forma de iones NH4+ y NO3– es absorbido por las plantas a través de sus raíces y luego incorporado por los animales cuando consumen las plantas.
Características del ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno involucra distintas etapas y ocurre relacionando distintas capas de la Tierra. Algunas características del ciclo del nitrógeno son:
- Durante el ciclo, el nitrógeno forma parte de distintos compuestos químicos que circulan por el planeta.
- El ciclo garantiza que el nitrógeno esté disponible en formas químicas que pueden ser utilizadas por los seres vivos, como el nitrato (NO3–) y el amonio (NH4+).
- Las etapas del ciclo ocurren principalmente en la biosfera, la atmósfera y la geosfera.
Etapas del ciclo del nitrógeno
En el ciclo del nitrógeno se encuentran interrelacionados los diferentes niveles de seres vivos, los organismos autótrofos (que producen sus compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos simples y no se nutren de otros organismos) y los organismos heterótrofos (que no producen sus compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos simples, sino que se nutren de plantas o animales), los minúsculos organismos descomponedores de la materia orgánica (bacterias y hongos), y el nitrógeno de la atmósfera (N2).
El ciclo del nitrógeno está compuesto por varias etapas:
- Fijación. Mediante la fijación, el nitrógeno atmosférico (N2) se transforma en compuestos químicos que contienen nitrógeno (nitrato (NO3–) y amonio (NH4+)) y que pueden utilizar los organismos vivos para realizar sus funciones vitales. Este proceso puede ocurrir por la oxidación del N2, que se da por la acción de los rayos, y por la acción de ciertos microorganismos que convierten el N2 en NH4+.
- Nitrificación. Mediante la nitrificación, el amoníaco (NH3) o el ion amonio (NH4+) se transforman en compuestos químicos que pueden ser asimilados por las plantas y los animales. Este proceso ocurre por la acción de ciertos microorganismos que pueden transformar el NH3 y el NH4+ en iones nitritos (NO2–) y nitratos (NO3–), que luego pueden ser incorporados a las plantas a través de sus raíces y a los animales cuando comen las plantas.
- Asimilación. Mediante la asimilación, las plantas y los animales incorporan el nitrógeno en sus organismos. Así, el nitrógeno regresa al medio cuando estos organismos mueren y se descomponen.
- Amonificación. Mediante la amonificación, el nitrógeno presente en los seres vivos es liberado al entorno formando parte del amoníaco (NH3) o ion amonio (NH4+). Esto ocurre cuando se descomponen los organismos muertos, pues existen microorganismos (bacterias y hongos) que son capaces de descomponer las plantas y animales muertos, y como resultado de este proceso pueden liberar el nitrógeno al medio ambiente. Además, el nitrógeno presente en los animales puede ser liberado al ambiente a través de sus desechos, como orina y excrementos.
- Desnitrificación. Mediante la desnitrificación algunos microorganismos (bacterias desnitrificantes) pueden descomponer los iones nitrato (NO3–) y nitrito (NO2–), liberando nitrógeno gaseoso (N2) a la atmósfera.
Importancia del ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno es muy importante porque en su transcurso el nitrógeno atmosférico (N2), que no es utilizable por los seres vivos, se transforma en formas químicas como los nitratos (NO3–), que estos seres pueden utilizar en sus organismos.
El nitrógeno es fundamental para la síntesis de biomoléculas como el ADN, el ARN y las proteínas. Además, este elemento químico es fundamental para el desarrollo de las plantas.
Impacto de la actividad humana en el ciclo del nitrógeno
El desarrollo de actividades por parte del ser humano ha aumentado los niveles de nitrógeno en el planeta. Aunque el nitrógeno es imprescindible para el correcto funcionamiento de los distintos ecosistemas, el exceso de nitrógeno contribuye al cambio climático y a la contaminación del agua del planeta.
Las actividades humanas que más incorporan nitrógeno al planeta son las relacionadas con el uso en exceso de fertilizantes en la agricultura. Además, durante la quema de combustibles fósiles para generar energía también se libera nitrógeno.
El fósforo se encuentra en las rocas y el suelo, es absorbido por las plantas, y pasa a los animales a través de la cadena alimentaria. Cuando los organismos mueren, el fósforo regresa al suelo.
El ciclo biogeoquímico del fósforo (P) es la circulación de fósforo en el planeta Tierra. Mediante este ciclo, el fósforo se transporta entre los distintos ecosistemas y su entorno.
El fósforo se traslada, formando parte de distintos compuestos químicos, entre los seres vivos, la litosfera y la hidrosfera. Debido a que el fósforo no forma compuestos volátiles, es muy difícil que se traslade desde el agua (de los ríos, mares y océanos) hasta la atmósfera, lo que provoca que este ciclo sea relativamente lento.
Por otra parte, el fósforo es un nutriente bastante escaso y se transfiere entre los distintos seres vivos a través de las cadenas tróficas (el proceso de transferencia de nutrientes entre distintas especies que se comen unas a otras). Además, este elemento forma parte de muchas biomoléculas esenciales para sostener la vida, como los fosfolípidos, que son moléculas que se encuentran en las membranas de las células.
Características del ciclo del fósforo
El ciclo del fósforo se caracteriza por los siguientes aspectos:
- Es un ciclo lento. Una de las principales características del ciclo del fósforo está relacionada con que el fósforo no forma compuestos volátiles, lo que provoca que este ciclo sea más lento que otros ciclos biogeoquímicos, como el del carbono o el oxígeno.
- No se transporta el fósforo a la atmósfera. Puesto que no está formado por compuestos volátiles, el fósforo no puede transportarse desde el agua hacia la atmósfera y luego caer sobre la tierra.
- Los animales voladores garantizan el transporte del fósforo desde el agua a la tierra. Una de las formas en que el fósforo se transfiere desde el agua hacia la tierra es a través de los excrementos de las aves, que cuando vuelan y excretan, dispersan el fósforo sobre la superficie de la tierra.
- Es también dinamizado por el ser humano. El hombre también puede transportar fósforo a la tierra mediante la excavación de rocas que contienen fosfatos.
Etapas del ciclo del fósforo
Las diferentes etapas del ciclo del fósforo son:
- Meteorización. Las rocas y los minerales que contienen fósforo como parte de iones fosfato (PO43-), y que están ubicadas en la corteza terrestre, se pueden descomponer por la acción del viento, la lluvia, la temperatura y otros agentes erosivos. De esta forma, el fósforo puede ser liberado al suelo.
- Absorción por las plantas. Las plantas incorporan el fósforo presente en el suelo (en forma de fosfatos (PO43-) a través de sus raíces.
- Absorción por los animales. El fósforo puede ser incorporado a los distintos tipos de animales cuando consumen plantas (en caso de los animales herbívoros), y cuando consumen otros animales (en caso de los animales carnívoros).
- Descomposición y mineralización. Cuando las plantas y los animales mueren, se descomponen y el fósforo que contienen en su organismo es liberado al suelo y al agua.
- Sedimentación y formación de rocas. El fósforo acumulado en forma de fosfatos inorgánicos en el fondo de lagos, ríos y mares se sedimenta y se comprime hasta formar rocas fosfatadas.
- Subducción. Durante la actividad volcánica, el fósforo presente en las placas hundidas puede regresar hacia la superficie de la tierra.
Importancia del ciclo del fósforo
El ciclo del fósforo es de vital importancia para el mantenimiento de la vida en el planeta, pues el fósforo forma parte del ADN de los organismos vivos. Además, el fósforo es una parte fundamental de la estructura de las membranas de las células y del ATP (adenosin trifosfato), que es la molécula principal que transfiere energía a las células.
Por otra parte, el correcto funcionamiento del ciclo del fósforo impacta en el crecimiento de las plantas, lo que a su vez influye en el tamaño de las flores y los frutos. Por esta razón, el fósforo se utiliza para producir fertilizantes.
Además, el fósforo se utiliza como materia prima en la industria alimenticia para producir antiaglutinantes. También se emplea para producir elementos que emiten luz, cerillas, detergentes y aleaciones metálicas.
Alteraciones en el ciclo del fósforo por impacto humano
El ser humano ha influido de distintas maneras en los ciclos biogeoquímicos de los distintos elementos químicos, y su intervención en el ciclo del fósforo no es una excepción. Los niveles de fósforo en la superficie terrestre se han visto aumentados debido a la actividad minera, pues el hombre ha extraído fósforo de las rocas utilizando procesos artificiales, que si ocurrieran de manera natural por erosión, tardarían miles de años.
Por otro lado, el uso de fertilizantes en los cultivos, que luego son lavados por el agua y escurridos a los depósitos naturales de agua, provoca un aumento de fósforo en ríos, lagos y mares. Además, como el fósforo es un nutriente, su aumento en los distintos depósitos naturales de agua provoca el crecimiento excesivo de algas y microorganismos, que consumen mucho oxígeno disuelto y no les permiten a los peces respirar con normalidad, hasta causarles la muerte. Este aumento desmedido de algas y microorganismos por exceso de nutrientes se denomina “eutrofización”.
Ciclo del agua: La evaporación, transpiración y condensación mueven el agua entre la atmósfera, la superficie terrestre y los cuerpos de agua.
El ciclo del agua (también conocido como ciclo hidrológico) es el proceso de circulación del agua en el planeta Tierra. Durante este ciclo, el agua sufre desplazamientos y transformaciones físicas (por acción de factores como el frío y el calor), y atraviesa los tres estados de la materia: líquido, sólido y gaseoso.
Está conformado por cinco etapas (evaporación, condensación, precipitación, infiltración, escorrentía) durante las cuales el agua cambia de estado en un ciclo continuo e ilimitado.
El agua es una de las sustancias más abundantes del planeta y cubre la mayor parte de la Tierra.Se puede encontrar, en estado líquido, en océanos y mares; en estado sólido, en glaciares y casquetes polares; y, en estado gaseoso, en el vapor de agua. Es fundamental para la vida en la Tierra (todos los seres vivos necesitan agua para vivir y desarrollarse), y a través de su ciclo, el agua circula por la hidrósfera.
El ciclo del agua es un ciclo biogeoquímico, es decir, forma parte de los ciclos que en la naturaleza permiten el movimiento y la transformación de los elementos y compuestos químicos a través de los sistemas biológicos, geológicos y químicos de la Tierra. Estos ciclos son fundamentales para mantener el equilibrio de los ecosistemas y la vida en el planeta.
Características del ciclo del agua
Algunas de las características del ciclo del agua son:
- Está conformado por los procesos de evaporación, condensación, precipitación, infiltración y escorrentía, durante los cuales el agua circula en diferentes estados (líquido, sólido y gaseoso).
- No inicia en un punto determinado, sino que se trata de una continuidad de procesos (en los que intervienen elementos climáticos, como el viento y la energía solar) que se repiten sucesivamente.
- Es vital para el mantenimiento y la estabilidad del planeta.
- Es indispensable para la vida de los organismos.
- Regula el clima, la temperatura y el equilibrio de los ecosistemas de la Tierra.
Etapas del ciclo del agua
El ciclo del agua está formado por diferentes procesos.
El ciclo del agua se compone de los siguientes procesos que suceden de forma sucesiva:
1. Evaporación
La evaporación es el proceso por el cual el agua cambia de estado líquido a gaseoso.
El ciclo del agua comienza con la evaporación del agua desde la superficie hacia la atmósfera. El agua líquida de los océanos y otros cuerpos de agua se evapora y pasa de estado líquido a gaseoso, por la acción de la luz solar y el calor de la Tierra. Las plantas también contribuyen al proceso de evaporación a través de su transpiración.
Dado que no es posible distinguir claramente entre la cantidad de agua que se evapora y la cantidad que es transpirada por las plantas, se suele utilizar el término “evapotranspiración” para definir el efecto combinado.
Condensación
El agua condensada forma nubes.
El agua en la atmósfera se desplaza, por acción del viento, en distintas direcciones, como vapor de agua.
La condensación tiene lugar cuando el agua, en forma de vapor, llega a altitudes mayores y las bajas temperaturas le permiten condensarse, es decir, recuperar su forma líquida y formar gotas de agua que se acumulan en las nubes. Las nubes se vuelven oscuras a medida que contienen mayor cantidad de gotas de agua.
Precipitación
Las gotas de agua caen hacia la superficie y producen lluvias.
La precipitación ocurre cuando las gotas de agua contenidas en las nubes se vuelven grandes y pesadas, comienzan a caer hacia la superficie, atraídas por la fuerza de gravedad, y se producen las lluvias o precipitaciones.
Por lo general, el agua cae en forma líquida, pero, en ciertas regiones donde las temperaturas son muy bajas, puede hacerlo en forma de nieve.
Infiltración
Una parte del agua que cae sobre la superficie es infiltrada por el suelo.
En la infiltración, una parte del agua que alcanza el suelo terrestre se infiltra y se transforma en agua subterránea. La cantidad de agua que se filtra por la superficie depende de distintos factores, como la permeabilidad del suelo, la pendiente y la cobertura vegetal de la región.
Una vez que el agua es infiltrada, circula por debajo de la superficie y se desplaza por el subsuelo. El agua infiltrada circula por las capas porosas de roca, y se almacena como agua subterránea, en los denominados “acuíferos”. Y parte también circula por debajo de la superficie hasta desembocar nuevamente en los océanos.
El agua subterránea se encuentra en los poros, entre las partículas de suelo o en las grietas de las rocas, y es un depósito importante de agua dulce.
Escorrentía
El agua escurre por la superficie a través de ríos y arroyos.
No toda el agua que cae como precipitación es infiltrada hacia el subsuelo. La escorrentía se produce cuando el agua no absorbida se moviliza por la superficie. Lo hace desde las zonas más elevadas hacia las zonas más bajas, empujada por la fuerza de gravedad.
También se produce escorrentía cuando el sol derrite el hielo que se encuentra en la cima de las montañas o en los glaciares, y se produce el fenómeno llamado “deshielo”.
El agua que se mueve sobre la superficie conforma arroyos, ríos, lagunas y lagos.
Importancia del ciclo del agua
El agua es la sustancia que permite la vida en el planeta Tierra y es gracias a su ciclo que la cantidad de agua disponible se mantiene de forma constante y en continua circulación. Gracias a este ciclo, el agua se distribuye por todo el planeta.
El ciclo del agua es un proceso vital porque determina que haya vida en el planeta y, además, permite conservar los ecosistemas. El movimiento constante del agua es responsable de regular los climas, distribuir las precipitaciones, modificar la temperatura de los océanos, erosionar los terrenos y transportar todo tipo de sustancias de un lugar a otro.
Gracias a este ciclo, el agua está disponible para ser aprovechada por los seres vivos, que la obtienen de los cursos de agua o de la tierra. Además, le permite al ser humano practicar actividades como la agricultura, la ganadería, la minería y la industria.
Del total de agua en el mundo, solo el 3 % es agua dulce (que es la que puede ser consumida por los seres vivos) y el resto es agua salada que proviene de los océanos.
Impacto ambiental de las alteraciones del ciclo del agua
El ciclo del agua es un ciclo natural que se mantiene constante, lo que implica que el agua no puede crearse ni eliminarse: el planeta siempre cuenta con la misma cantidad de agua que se transforma y desplaza. Sin embargo, existen factores humanos que pueden afectar el correcto funcionamiento de este ciclo.
Dentro de las causas más destacadas está el cambio climático, que es el aumento de las temperaturas en la Tierra. Este fenómeno produce el alza de la temperatura del agua de ríos, lagos y mares, el incremento de las precipitaciones y de las sequías, el derretimiento de los glaciares y el aumento del nivel de los océanos. Todas estas consecuencias que trae la subida de temperaturas modifican la manera en la que el agua se distribuye en el planeta.
Existen otras causas que afectan el desarrollo del ciclo, entre las que están: la tala indiscriminada de bosques, la erosión de los suelos, la extracción de agua y la urbanización. Estas prácticas alteran el normal ciclo hidrológico y traen consecuencias como inundaciones y sequías.
Debido a que un porcentaje muy pequeño del agua disponible es apta para el consumo humano,su escasez y dificultad de obtención son dos aspectos que se deben tener en cuenta. Para ello, los Estados deben fomentar prácticas de manejo del agua que apunten a reducir su consumo, evitar su contaminación y gestionar de forma responsable este recurso para que pueda estar disponible para la población mundial del presente y del futuro.
¿Cómo se distribuye el agua en el planeta Tierra?
El agua en el planeta se distribuye, según sus estados, de la siguiente manera:
- En estado líquido. Un 71 % de la superficie terrestre está cubierta por agua líquida, de la cual el 97 % es agua salada que forma los océanos. Solo el 3 % es agua dulce que se encuentra en los ríos, arroyos, lagos, lagunas y acuíferos.
- En estado sólido. Una fracción del agua en la Tierra está en estado sólido, es decir, acumulada como hielo. Los glaciares y casquetes polares, ubicados principalmente en Groenlandia, en la cima de las montañas, en la Antártida y en el Mar Glacial Ártico, ocupan el 10 % de la superficie del planeta y representan el 69 % del agua dulce disponible.
- En estado gaseoso. Una fracción menor de agua está en estado gaseoso, como vapor de agua, y forma parte de la atmósfera.
Importancia
- Permiten que los elementos esenciales se reciclen continuamente, evitando que se agoten.
- Son fundamentales para el crecimiento de las plantas y el mantenimiento de los ecosistemas.
La alteración de estos ciclos por actividades humanas puede tener graves repercusiones ambientales, como el cambio climático.
