CICLO BIOGEOQUIMICO

Un ciclo biogeoquímico, término que deriva del griego bios, vida, geos, tierra y química se refiere al movimiento de los elementos de ozono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, so-dio, 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.

Un elemento químico o molécula que es necesario para la vida de un organismo, se le

llama nutriente o nutrimento. Los organismos vivos necesitan de 31 a 40 elementos

químicos, donde el número y tipos de estos elementos varía en cada especie.

Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan:

1. Macronutrientes: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, m

agnesio y potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de la

masa del cuerpo humano, y más de 95% de la masa de todos los organismos.

2. Micronutrientes. Son los 30 ó más elementos requeridos en cantidades pequeñas

(hasta trazas): hierro, cobre, zinc, cloro, yodo, (véase también oligoelementos).

La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no están en formas útiles para los

organismos. Pero, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes, son

reciclados continuamente en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de

la biosfera, y convertidas en formas útiles por una combinación de procesos biológicos,

geológicos y químicos.

El ciclo de los nutrientes desde el biotopo (en la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la

tierra) hasta la biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (de bio:

vida, geo: en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energía solar,

incluyen los del carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua (hidrológico). Así,

una sustancia química puede ser parte de un organismo en un momento y parte del

ambiente del organismo en otro momento. 

CICLO DEL CARBONO

El carbono es esencial para construir las moléculas orgánicas que caracterizan a los organismos vivos.

La principal fuente de carbono para los productores es el CO2 del aire atmosférico, que también se halla disuelto en lagos y océanos.

Además hay carbono en las rocas carbonatadas (calizas, coral) y en los combustibles fósiles (carbón mineral y petróleo).

Durante la fotosíntesis, las plantas verdes toman CO2 del ambiente abiótico e incorporan el carbono en los carbohidratos que sintetizan.  Parte de estos carbohidratos son metabolizados por los mismos productores en su respiración, devolviendo carbono al medio circundante en forma de CO2.  Otra parte de esos carbohidratos son transferidos a los animales y demás heterótrofos, que también liberan CO2 al respirar.

El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los compuestos orgánicos de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al ambiente.  A todo lo anterior debe sumarse la enorme cantidad de CO2 que llega a la atmósfera como producto de la actividad volcánica, la erosión de las rocas carbonatadas y, sobre todo, la quema de combustibles fósiles por el hombre.

CICLO DEL NITROGENO

Este es posiblemente uno de los ciclos más complicados, ya que el N se encuentra en varias formas y porque los organismos son los responsables de las interconversiones. Recuerden que el N es uno de los constituyentes de los aminoácidos y proteínas del cuerpo. Las proteínas constituyen la piel y los músculos, además de otras estructuras del cuerpo. Todas las enzimas son proteínas, responsables de todas las reacciones químicas del cuerpo. Teniendo esto en cuenta, es fácil notar la importancia del N y su ciclo.

El principal reservorio de nitrógeno es la atmósfera, con 78%. Este nitrógeno  gaseoso está compuesto de dos átomos de nitrógeno unidos, el N2 es un gas inerte, y se necesita una gran cantidad de energía para romper esta unión y combinarlo con otros elementos como el carbono y el oxígeno. Esta ruptura puede hacerse por dos mecanismos: las descargas eléctricas y la fijación fotoquímica proveen suficiente energía para romper la unión del nitrógeno  y unirse a tres átomos de Oxígeno para formar nitratos (NO3

-). Este procedimiento es reproducido en las plantas productoras de fertilizantes.

La segunda forma de fijación del nitrógeno es llevada a cabo por bacterias quienes usan enzimas especiales en lugar de la luz solar o las descargas eléctricas. Entre estas bacterias se encuentran las pueden vivir libres en el suelo, aquellas en simbiosis con raíces de ciertas plantas (Leguminosas) y las cianobacterias fotosintéticas (las antiguas "algas verde-azuladas") que viven libres en el agua. Las tres fijan N, tanto como nitratos (NO3

-) o como amonio (NH3). Las plantas toman los nitratos y los convierten en aminoácidos, los cuales pasan a los animales que las consumen. Cuando las plantas y animales mueren (o liberan sus desechos) el nitrógeno  retorna al suelo. La forma más común en que el nitrógeno  regresa al suelo es como amonio. El amonio es tóxico, pero afortunadamente, existen bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrosococcus) que oxidan el amonio a nitritos, con dos oxígenos. Otro tipo de bacteria (Nitrobacter) continúa la oxidación del nitrito (NO2

-) a nitrato (NO3-) el cual es absorbido por las plantas que

completan el ciclo.

Existe un tercer grupo de bacterias desnitrificantes (entre ellas Pseudomonas desnitrificans) que convierten nitritos y nitratos en nitrógeno  gaseoso.

CICLO DEL AGUA

El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación.

Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia.

Una parte del agua que llega a la tierra será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro poco del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea.

Este proceso es la percolación. Más tarde o más temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación.

Al evaporarse, el agua deja atrás todos los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, químicos, desechos).

Por eso el ciclo del agua nos entrega un elemento puro. Pero hay otro proceso que también purifica el agua, y es parte del ciclo: la transpiración de las plantas.

CICLO DEL OXIGENO

Al respirar los animales y los seres humanos tomamos del aire el oxígeno que las plantas

producen y luego exhalamos gas carbónico. 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. Plantas, animales y seres humanos intercambian oxígeno y gas carbónico todo el

tiempo, los vuelven a usar y los reciclan. A esto se le llama el ‘ciclo del oxígeno’.

El oxígeno molecular presente en la atmósfera y el disuelto en el agua interviene en muchas

reacciones de los seres vivos. En la respiración celular se reduce oxígeno para la producción

de energía y generándose dióxido de carbono, y en el proceso de fotosíntesis se origina

oxígeno y glucosa a partir de agua, dióxido de carbono (CO2) y radiación solar.

CICLO DEL FOSFORO

El fósforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP y de otras moléculas que tienen PO43- y que almacenan la energía química; de los fosfolípidos que forman las membranas celulares; y de los huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar.Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo. Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en

cantidades desmesuradas, originándose problemas de eutrofización.

CICLO DEL AZUFRE

El azufre forma parte de aminas y de otras moléculas clave como la coenzima A, donde se

halla en formareducida (principalmente como grupo sulfhidrilo) y el NAFPH. Las plantas y

otros productores primarios lo obtienen en su forma líquida, principalmente

como ion sulfato (SO42-) que, tras ser reducido se incorpora a sus proteínas en forma sólida.

Los organismos que ingieren estas plantas lo incorporan a su vez a sus proteínas, y de esta

forma pasa a los organismos del nivel trófico superior. Al morir, el azufre reducido de las

proteínas entra en el ciclo del azufre y es oxidado por bacterias a forma que las plantas

puedan asimilar (sulfato) y los animales puedan digerir.

Los intercambios de azufre, principalmente en su forma de dióxido de azufre SO2, se realizan

entre las comunidades acúaticas, terrestres y marinos, de una manera y de otra en la

atmósfera, en las rocas y en los sedimentos oceánicos o pavimentos, en donde el azufre se

encuentra almacenado. El SOL2 atmosférico se disuelve en el agua de lluvia o se deposita en

forma de vapor seco. El reciclaje local del azufre, principalmente en forma de ion sulfato y

sulfuro, se lleva a cabo en ambos casos. Una parte del sulfuro de hidrógeno (H2SOC),

producido durante el reciclaje local del sulfuro, se oxida y se forma SOL69.