Módulo ii los ciclos ecológicos

Dra. Vanessa V. Valdés S.

LOS CICLOS LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOSBIOGEOQUÍMICOS

LOS CICLOS LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOSBIOGEOQUÍMICOS


Ciclos Biogeoquímicos

• El término acuñado del griego “bios”, vida, “geos”, tierra y química.

• Composición de la tierra (y sus elementos químicos orgánicos e inorgánicos) con la vida.


• El flujo de energía en el ecosistema es abierto, puesto que es utilizado en los niveles tróficos y luego se degrada y disipa en forma de calor, no sigue un ciclo y fluye en una sola dirección.

• El flujo de materia es cerrado ya que los nutrientes se reciclan.

• Los ciclos biogeoquímicos son activados directa o indirectamente por la energía que proviene del sol.

• Se refiere en resumen al estudio del intercambio de sustancias químicas entre formas bióticas y abióticas.


Tipos de Ciclos Biogeoquímicos

1.- Sedimentarios: • Los nutrientes circulan principalmente en la

corteza terrestre (suelo, rocas, sedimentos, etc) la hidrósfera y los organismos vivos.

• Los elementos en estos ciclos son generalmente reciclados.

• Los elementos son retenidos en las rocas sedimentarias durante largo periodo de tiempo con frecuencias de miles a millones de años. Ejemplos de este tipo de ciclos son el fósforo y el azufre.


2. Gaseoso:

• Los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos.

• Los elementos son reciclados rápidamente, con frecuencia de horas o días.

• Ejemplos , el carbono, nitrógeno y oxígeno.


3. Ciclo Hidrológico: • El agua circula entre el océano, la

atmósfera, la tierra y los organismos vivos, este ciclo además distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta


Ciclo del Agua


• El agua es un importantísimo componente de los seres vivos

• En las zonas continentales, las precipitaciones dependen, sobre todo, del agua que se evapora en el interior del mismo continente.

• Este fenómeno también tiene influencia en las zonas selváticas, cuando se talan los árboles, porque se pierde capacidad de evapotranspiración.


• En las zonas continentales el nivel de la producción primaria se encuentra limitado por la disponibilidad de agua.

• Se calcula que para producir 1 Kg. de materia seca se necesitan unos 500 L de agua.

• Este agua tendría que caer el momento apropiado (no en invierno, etc.), en el lugar adecuado y en el modo adecuado (sin provocar escorrentía, etc.).


Ciclo del Nitrógeno


• Los seres vivos requieren átomos de nitrógeno para la síntesis de moléculas orgánicas esenciales.

• El aire de la atmósfera contiene un 78% de nitrógeno.

• Pocos son los organismos capaces de absorberlo directamente para utilizarlo en sus procesos vitales.

• Por ejemplo las plantas para sintetizar proteínas necesitan el nitrógeno en su forma fijada, es decir incorporado en compuestos.


1. Fijación del Nitrógeno:

• Tres procesos desempeñan un papel importante en la fijación del nitrógeno en la biosfera. – El relámpago. La energía contenida en un relámpago

rompe las moléculas de nitrógeno y permite que se combine con el oxígeno del aire.

– Mediante un proceso industrial se fija el nitrógeno, en este proceso el hidrógeno y el nitrógeno reaccionan para formar amoniaco, NH3. Es utilizado para la fabricación de fertilizantes.

– Las bacterias nitrificantes son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico que utilizan las plantas para llevar a cabo sus funciones. También algunas algas verde-azules son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico.


2. Descomposición: los animales obtienen nitrógeno al ingerir vegetales, en forma de proteínas. Se libera en forma de excreciones, que son utilizadas por los organismos descomponedores para realizar sus funciones vitales.

3. Nitrificación: es la transformación del amoniaco a nitrito, y luego a nitrato. Esto ocurre por la intervención de bacterias del género nitrosomonas, que oxidan el NH3 a NO2. Los nitritos son oxidados a nitratos NO3 mediante bacterias del género Nitrobacter.


4. Desnitrificación: en este proceso los nitratos (NO3) son reducidos a nitrógeno, el cual se incorpora nuevamente a la atmósfera.

Este proceso se produce por la acción catabólica de los organismos, estos viven en ambientes con escasez de oxígeno como sedimentos, suelos profundos, etc.

Las bacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxígeno como aceptor final de los electrones que se desprenden durante la respiración. De esta manera el ciclo se cierra.


Ciclo del Carbono


• Un 18% de la materia orgánica viva está constituida por carbono.

• Por tanto el carbono es un elemento esencial en todos los seres vivientes.

• A parte de la materia orgánica, el carbono se combina con el oxígeno para formar monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2).

• También forma sales como el carbonato de sodio (Na2CO3), carbonato cálcico (en rocas carbonatadas, como calizas y estructuras de corales).


• Los organismos productores terrestres obtienen el dióxido de carbono de la atmósfera durante el proceso de la fotosíntesis para transformarlo en compuestos orgánicos como la glucosa.

• Los productores acuáticos lo utilizan disuelto en el agua en forma de bicarbonato (HCO3).

• Los consumidores se alimentan de las plantas, así el carbono pasa a formar parte de ellos, en forma de proteínas, grasas, hidratos de carbono, etc.


• En el proceso de la respiración aeróbica, se utiliza la glucosa como combustible y es degradada, liberándose el carbono en forma de CO2 a la atmósfera.

• Por tanto en cada nivel trófico de la cadena alimentaría, el carbono regresa a la atmósfera o al agua como resultado de la respiración.

• Los desechos del metabolismo de las plantas y animales, así como los restos de organismos muertos, se descomponen por la acción de ciertos hongos y bacterias, durante dicho proceso de descomposición también se desprende CO2.


• Las erupciones volcánicas son una fuente de carbono, durante dichos procesos el carbono de la corteza terrestre que forma parte de las rocas y minerales es liberado a la atmósfera.

• En capas profundas de la corteza continental así como en la corteza oceánica el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como es el caso del petróleo.

• El petróleo se ha formado por la acumulación de restos de organismos que vivieron hace miles de años.


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Ciclo del Fósforo


• La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña.

• Su papel es vital.

• Es componente de los ácidos nucleicos• Muchos componentes de sustancias

intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con el fósforo.


• Los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP.

• Se encuentra en los huesos y los dientes de animales, incluyendo al ser humano.

• La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas.


• De las rocas se libera fósforo.

• Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido.

• En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de ortofosfatos (PO4H2) que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos.


• El ciclo del fósforo difiere con respecto al del carbono, nitrógeno y azufre en un aspecto principal.

• El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme.

• El hombre también moviliza el fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato.


• Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres.

– Uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos.

– La posibilidad del levantamiento geológico de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un proceso medido en miles de años.


Ciclo del Oxígeno


• El oxígeno molecular (O2) representa el 20% de la atmósfera terrestre.

• Este oxígeno abastece las necesidades de todos los organismos terrestres que lo respiran para su metabolismo, además cuando se disuelve en agua, cubre las necesidades de los organismos acuáticos.


• El ciclo se completa en la fotosíntesis cuando se captura la energía de la luz para alejar los electrones respecto a los átomos de oxígeno de las moléculas de agua.

• Los electrones reducen los átomos de oxígeno de las moléculas de agua.

• Los electrones reducen los átomos de carbono (de dióxido de carbono) a carbohidrato.

• Al final se produce oxígeno molecular y así se completa el ciclo.


• Por cada molécula de oxígeno utilizada en la respiración celular, se libera una molécula de dióxido de carbono.

• Inversamente, por cada molécula de dióxido de carbono absorbida en la fotosíntesis, se libera una molécula de oxígeno.


Ciclo del Azufre


• El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones.

• El azufre está presente en prácticamente todas las proteínas.

• Las bacterias desempeñan un papel crucial en el reciclaje del azufre.

• Cuando está presente en el aire, la descomposición de los compuestos del azufre (incluyendo la descomposición de las proteínas) produce sulfato (SO4=).


• Bajo condiciones anaeróbicas, el ácido sulfúrico (gas de olor a huevos en putrefacción) y el sulfuro de dimetilo (CH3SCH3) son los productos principales.

• Cuando estos últimos gases llegan a la atmósfera, son oxidados y se convierten en bióxido de azufre.

• La oxidación posterior del bióxido de azufre y su disolución en el agua de lluvia produce ácido sulfhídrico y sulfatos, formas principalmente bajo las cuales regresa el azufre a los ecosistemas terrestres.

• El carbón mineral y el petróleo contienen también azufre y su combustión libera bióxido de azufre a la atmósfera.


Como resumen podemos decir que durante el ciclo del azufre los principales eventos son los siguientes:

• El azufre, como sulfato, es aprovechado e incorporado por los vegetales para realizar sus funciones vitales.

• Los consumidores primarios adquieren el azufre cuando se alimentan de estas plantas.

• El azufre puede llegar a la atmósfera como sulfuro de hidrógeno (H2S) o dióxido de azufre (SO2), ambos gases provenientes de volcanes activos y por la descomposición de la materia orgánica.

• Cuando en la atmósfera se combinan compuestos del azufre con el agua, se forma ácido sulfúrico (H2SO4) y al precipitarse lo hace como lluvia ácida.


Ciclo Sedimentario


• Los minerales y rocas sedimentarios son aquellos que se han formado a partir de otras rocas que ya existen en la corteza terrestre.

• El agua, el sol, el viento y el hielo actúan sobre las rocas alterándolas y disgregándolas en granos de diferentes tamaños. Este proceso se conoce como EROSIÓN.


• El material erosionado es transportado por el agua, el viento y el hielo (glaciares) en forma de granos y cantos.

• Cuando el agente de meteorización es el agua las rocas y minerales solubles también sufren un proceso de disolución, por lo que el agua no solo transporta fragmentos de roca sino sustancias disueltas.

• Estos fenómenos se conocen como TRANSPORTE.


• Cuando el agua o el viento se estancan, o cuando el hielo de un glaciar se disuelve, las partículas y sustancias que transportan se depositan (en el caso de granos y cantos) o precipitan (en el caso de soluciones), dando lugar a la SEDIMENTACIÓN.


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