Ecología y Medio AmbienteCiclos Biogeoquimicos

Ciclos BiogeoquimicosCiclos Biogeoquimicos

Ciclo biogeoquímico:

Movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e interviene un cambio químico.

Los ciclos biogeoquímicos pueden dividirse en dos tipos básicos:

Ciclos de nutrientes gaseosos y Ciclos de nutrientes sedimentarios.

Ciclo del aguaEl Sol provee la energía para la evaporación (paso del agua líquida a vapor de agua) del agua en los océanos y cualquier otra superficie que posee agua libre, como ríos y lagos, también provoca el derretimiento de agua en estado sólido y su posterior evaporación. A la vez, el Sol provee la energía necesaria para el movimiento de las masas de vapor de agua, de lo contrario llovería sólo en los océanos.

Al llegar a cierta altitud en la atmósfera, el vapor de agua se enfría y habrá condensación (paso de agua de estado gaseoso a estado líquido), formando gotas de agua en las nubes, las cuales serán atraídas por la gravedad y ocurrirá su precipitación a la superficie terrestre en forma de lluvia, granizo o nieve.

Ciclo del aguaEl agua que precipita en tierra puede tener varios destinos:

- volver directamente a la atmósfera por evaporación.- escorrentía que es el escurrimiento del agua llovida sobre superficies de terreno, provocando erosión y marcas de paso del agua (surcos). - infiltración del agua al penetrar en el suelo, esta agua infiltrada puede volver a la atmósfera por evapotranspiración, transpiración de seres vivos, o profundizarse hasta alcanzar las capas freáticas y ser parte del agua subterránea. A diferencia de otros ciclos, el agua permanece como tal durante todo el proceso.

Ciclos de nutrientes gaseosos

Depósito principal: atmósfera. Existe poca pérdida del elemento

durante el proceso de recirculación y es relativamente rápido.

Ciclos de nutrientes gaseosos: - ciclo del carbono, - ciclo del oxígeno y - ciclo del nitrógeno.

Ciclo del carbonoCiclo del carbonoÁtomo de carbono: elemento constituyente

básico de las moléculas orgánicas (proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos).

También parte de algunas moléculas inorgánicas al combinarse con el oxígeno: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), o formar sales como el carbonato de sodio (Na2CO3) y carbonato de calcio (Ca2CO3), presente en rocas carbonatadas (calizas) o en estructuras de corales y conchas.

Ciclo del carbonoCiclo del carbono Organismos productores absorben el dióxido de carbono

durante la nutrición autótrofa (fotosíntesis o quimiosíntesis) y lo transforman en moléculas orgánicas (como la glucosa).

Organismos consumidores primarios se alimentan de los productores, y así el carbono pasa a ellos colaborando en la formación de materia orgánica. Los consumidores secundarios se alimentan de los consumidores primarios, y así sucesivamente, el carbono circula en la cadena alimenticia.

Los organismos, mediante respiración, regresan el CO2 a la atmósfera, al romper azúcares para producir energía.

También los organismos descomponedores, como bacterias y hongos, mediante descomposición de materia orgánica muerta liberan CO2 atmosférico.

Ciclo del carbonoCiclo del carbono

Una parte del CO2 disuelto en las aguas marinas, ayuda a algunos organismos a formar estructuras, como las conchas de los caracoles marinos. Al morir éstos, los restos de sus estructuras se depositan en el fondo marino. Al cabo del tiempo, el carbono se disolverá en el agua y podrá ser utilizado en el ciclo nuevamente.

También se libera CO2 a la atmósfera por:

- Erupciones volcánicas.- Incendios.- Consumo de combustible fósil (gasolina, diesel).

AMINOÁCIDOS

Nitrógeno: constituyente básico de proteínas (aminoácidos) y ácidos nucleicos (ADN, ARN, ATP).

1) El nitrógeno gaseoso (N2) es la forma más estable del nitrógeno, por lo tanto, el 79% del nitrógeno está en la atmósfera.

2) Fijación de nitrógeno: El nitrógeno atmosférico (N2) es fijado a formas que puedan incorporar los seres vivos, como el ion amonio (NH4

+) o los iones nitrito (NO2

–) o nitrato (NO3–).

- Biológica o biótica.- Atmosférica o abiótica.

Fijación abióticaUna descarga eléctrica (relámpagos) hace el N2 se

combine con átomos de oxigeno y se formen óxidos.Los óxidos se combinan con agua de lluvia, originando

ácido nítrico. El ácido nítrico en la lluvia entra en el suelo y reacciona

con óxidos metálicos, originando los nitratos que son aprovechados por las plantas.

Fijación biológicaMuy pocos organismos tienen la capacidad de fijar N2 y producir nitratos.

Lo realizan algunas bacterias:Azotobacter que se encuentran en el suelo.Cianobacterias del plancton marino. Anabaena en simbiosis con helechos acuáticos. Nostoc en simbiosis con antoceros.Rhizobium en relación simbiótica mutualista con raíces de leguminosas formando nódulos.

3) Asimilación: El nitrógeno oxidado (nitrato NO3–) se reduce a

grupos amino (como el grupo amino de los aminoácidos) para ser incorporado a la composición química de los organismos.

Las plantas absorben el nitrato del suelo y elaboran sus proteínas. Los animales ingieren las plantas y asimilan las proteínas vegetales al sintetizar las suyas propias. Lo que no aprovechan lo eliminan en forma de urea.

4) Amonificación: Es la conversión de los grupos amino (NH2) presentes en los organismos a ion amonio NH4

+.

El nitrógeno biológico que llega al suelo como urea, ácido úrico, organismos muertos o desechos, es convertido a amonio (NH4

+) por microorganismos descomponedores (hongos y bacterias).

5) Nitrificación: Es la oxidación biológica del amonio (NH4+) al nitrato

(NO3–) por microorganismos aerobios que usan el oxígeno molecular

(O2) como receptor de electrones, es decir, como oxidante. A estos organismos el proceso les sirve para obtener energía, por lo cual son autótrofos quimiosintéticos.Nitritación. Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2

–). Lo realizan bacterias como las del género Nitrosomonas y Nitrosococcus. Nitratación. Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3

–). Lo realizan bacterias del género Nitrobacter.

6) Desnitrificación:Es la reducción del ion nitrato (NO3–), presente en

el suelo o el agua, a nitrógeno atmosférico (N2).

Lo realizan ciertas bacterias heterótrofas, para obtener energía por el proceso catabólico de respiración anaerobia.

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El oxígeno es el elemento más abundante en masa en la corteza terrestre y en los océanos y el segundo en la atmósfera.

•En la corteza terrestre la mayor parte del oxígeno se encuentra formando parte de silicatos. •En los océanos se encuentra formando por parte de la molécula de agua (H2O). •En la atmósfera se encuentra como oxígeno molecular (O2), dióxido de carbono (CO2), y en menor proporción en otras moléculas como monóxido de carbono (CO), ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2), monóxido de nitrógeno (NO) o dióxido de azufre (SO2).

•En la respiración celular se reduce oxígeno para la producción de energía y generándose dióxido de carbono.

•En la fotosíntesis se origina oxígeno y glucosa a partir de agua, dióxido de carbono (CO2) y radiación solar.

Depósito principal: corteza terrestre (suelo, rocas, sedimentos).

Los elementos son generalmente reciclados de manera más lenta que en el ciclo gaseoso.

Ciclos de nutrientes sedimentarios: - ciclo del fósforo y - ciclo del azufre.

Ciclos de nutrientes sedimentarios

Fósforo: constituye moléculas orgánicas como los ácidos nucleicos (ADN, ARN, ATP) y en fosfolípidos. Se encuentra también en los huesos y los dientes de animales.

En la corteza terrestre el fósforo se encuentra junto con el oxígeno formando fosfatos.

Por meteorización y erosión de las rocas o por las cenizas volcánicas, las moléculas de fosfato inorgánico (PO4) quedan disponibles para ser absorbidas por las raíces de las plantas.

Los animales obtienen éste elemento a través del alimento.

El fósforo regresa a la corteza por excretas o por organismos muertos, sobre los cuales actúan los descomponedores volviendo a producir compuestos fosfatos (H3PO4).

Los restos de las algas, peces y los esqueletos de los animales marinos dan lugar a rocas fosfatadas en el fondo del mar, que afloran por levantamiento geológico de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un proceso medido en miles de años.

El fósforo como abono es el recurso limitante de la agricultura. Puede obtenerse de guano, restos de animales marinos muertos o su extracción de yacimientos terrestres.

Azufre: forma parte de moléculas biológicas como las proteínas, al ser el componente de algunos aminoácidos y los enlaces S - S son los responsables de la estructura secundaria de proteínas.

Su principal depósito son sedimentos y rocas en forma de minerales sulfatados, principalmente el yeso (CaSO4) y la pirita de hierro (FeS2).

También se encuentra en el océano en forma de sulfato inorgánico, y en la atmósfera en forma de sulfuro de hidrógeno(H2S) y dióxido de azufre.

Depósitos de azufre en la naturaleza:

• Los organismos productores obtienen el azufre en su forma de ion sulfato (SO4 -2).

• Los organismos que ingieren las plantas lo incorporan a las moléculas de proteína, y de esta forma pasa a los organismos del nivel trófico superior.

• Al morir los organismos, microorganismos (bacterias aeróbicas) descomponen el azufre derivado de sus proteínas en sulfuro de hidrógeno (H2S), el cual se oxida y se transforma en dióxido de azufre (SO2), que se disuelve en el agua de lluvia y pasa a ion sulfato.

El vulcanismo y procesos industriales humanos liberan gran concentración de azufre a la atmósfera, el cual reacciona con el agua y forma ácido sulfhídrico (H2S

acuoso), que al precipitarse provoca la lluvia ácida.