Proyecto Ciclos de La Naturaleza
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CICLOS DE LANATURALEZA
Características generales de cada ciclo de
la naturaleza
Los Grandes Ciclos Naturales
tienen como función la utilización
del agua, nitrógeno, carbono y
oxígeno para de esta maneralograr que la energía fluya a
través del ecosistema terrestre.
MISHELL ELIZABETH GARCIA MALDONADO
14/08/2011
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Página I
INDICE DE CONTENIDO
INDICE DE CONTENIDO _____________________________________________________ I
INDICE DE GRAFICOS ______________________________________________________ III
ÍNDICE DE TABLAS ________________________________________________________ III
INDICE DE ECUACIONES ____________________________________________________ III
RESUMEN _______________________________________________________________IV
1.1 CICLO DEL HIDROGENO O HIDROLOGICO_________________________________ 1
1.1.1 INTRODUCCION AL CAPITULO ____________________________________________ 1
1.1.2 CICLO DEL AGUA _______________________________________________________ 2
1.1.2.1 FASES DEL CICLO DEL AGUA __________________________________________________ 3
1.1.3 COMPARTIMENTOS E INTERCAMBIOS DE AGUA _____________________________ 6
1.1.4 ENERGÍA DEL AGUA ____________________________________________________ 8
1.1.5 BALANCE DEL AGUA ____________________________________________________ 9
1.1.6 EFECTOS QUÍMICOS DEL AGUA ___________________________________________ 9
2.1 INTRODUCCION ____________________________________________________ 12
2.1.1 CICLO DEL CARBONO __________________________________________________ 12
2.1.2 TIPOS DE CICLOS ______________________________________________________ 14
2.1.2.1 CICLO BIOGEOQUÍMICO ____________________________________________________ 14
2.1.3 ALMACENAMIENTO ___________________________________________________ 15
2.1.4 EXPLOTACIÓN ________________________________________________________ 15
3.1 CICLO DEL NITROGENO ______________________________________________ 17
3.1.1 CICLO DEL NITRÓGENO ________________________________________________ 17
3.1.2 EFECTOS ____________________________________________________________ 19
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3.1.2.1 FIJACIÓN Y ASIMILACION DE NITRÓGENO ______________________________________ 20
3.1.2.2 AMONIFICACIÓN _________________________________________________________ 21
3.1.2.3 NITRIFICACIÓN ___________________________________________________________ 22
3.1.2.4 DESNITRIFICACIÓN ________________________________________________________ 22
4.1 CICLO DEL OXIGENO ________________________________________________ 24
4.1.1 ABUNDANCIA EN LA TIERRA ____________________________________________ 25
4.1.2 ATMÓSFERA _________________________________________________________ 25
4.1.3 SERES VIVOS _________________________________________________________ 26
4.1.4 CORTEZA TERRESTRE __________________________________________________ 26
4.1.5 HIDRÓSFERA Y ATMÓSFERA QUÍMICA BÁSICA ESTRUCTURALITICA _____________ 27
BIBLIOGRAFÍA ___________________________________________________________ 29
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Página III
INDICE DE GRAFICOS
Grafico 1 REGIONES SIN SALIDA DE MAR _____________________________________________ 10
Grafico 2 CICLO DEL CARBONO_______________________________________________________ 14
Grafico 3. CICLO BIOGEOQUIMICO ____________________________________________________ 15
Grafico 4 CICLO DEL NITROGENO_____________________________________________________ 17
Grafico 5. EFECTOS DEL CICLO_______________________________________________________ 19
Grafico 6. CICLO DEL OXIGENO_______________________________________________________ 24
Grafico 7. CORTEZA TERRESTRE _____________________________________________________ 26
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 DEPOSITO, VOLUMEN Y PORCENTAJES________________________________________ 6
Tabla 2 DEPOSITO VS TIEMPO MEDIO DE RESISTENCIA ________________________________ 7
INDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1. FORMULA BIOLOGIACA DEL NITROGENO __________________________________ 20
Ecuación 2 FORMULA EN REACCIÓN REDOX __________________________________________ 23
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Página IV
RESUMEN
os Grandes Ciclos
Naturales tienen como
función la utilización del
agua, nitrógeno, carbono y
oxígeno para de esta manera
lograr que la energía fluya a
través del ecosistema terrestre.
-Ciclo del agua: Efectos que
ejerce en la vida del hombre: Si
no existiera este ciclo se
acabaría muy pronto el agua ya
que no se podría volver a
utilizar, y sin el agua el hombre
no puede existir.En la naturaleza: Sin este ciclo
no podría llover, no se regarían
las plantas, se secarían los ríos
y lagos, por lo cual los animales
se morirían al igual que nosotros
ya que el agua dejaría de estar
presente después de algún
tiempo.
-Ciclo del carbono: Efectos
que ejerce en la vida delhombre: Contribuye a la
formación de combustibles
fósiles, como el petróleo, el cual
es muy importante para el
transporte del hombre y para
muchas otras cosas más.En la naturaleza: Colabora en la
formación de materia orgánica
que es traspasado de las
plantas hacia los animales.
-Ciclo del nitrógeno: Efectos
que ejerce en la vida del
hombre: Es fundamental para la
vida del hombre, además es
parte de las proteínas y los
ácidos nucleicos como el ADN.
En la naturaleza: Compone en
gran cantidad el aire, lo cual es
fundamental en la existencia de
los seres vivos y los seres
humano
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MISHEL GARCÍA MALDONADO
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n codas y ayudan a los animal
11.. CCAAPPIITTUULLOO II
1.1 CICLO DEL HIDROGENO O
HIDROLOGICO
1.1.1 INTRODUCCION AL CAPITULO
El ciclo hidrológico o ciclo del agua es el proceso de circulación del agua entre
los distintos compartimentos de la hidrósfera. Se trata de un ciclo
biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y
el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico.
El agua de la hidrósfera procede de la desfragmentación del metano, donde tiene
una presencia significativa, por los procesos del vulcanismo. Una parte del agua
puede reincorporarse al manto con los sedimentos oceánicos de los que forma
parte cuando éstos acompañan a la litosfera en subducción.
La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida, sobre todo en
los océanos y mares y en menor medida en forma de agua subterránea o de agua
superficial (en ríos y arroyos). El segundo compartimento por su importancia es el
del agua acumulada como hielo sobre todo en los casquetes
glaciares antártico y groenlandés, con una participación pequeña de los glaciares
de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y de la banquisa. Por
último, una fracción menor está presente en la atmósfera como vapor o, en estado
gaseoso, como nubes. Esta fracción atmosférica es sin embargo muy importante
para el intercambio entre compartimentos y para la circulación horizontal del agua,de manera que se asegura un suministro permanente a las regiones de la
superficie continental alejadas de los depósitos principales.
IR AL CAPITULO 3
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1.1.2 CICLO DEL AGUA
El Planeta Tierra presenta una superficie cubierta en un 70% por agua,estimándose que la cantidad de la misma en el mismo es de aproximadamente
1386 millones de kilómetros cúbicos, cifra que se ha mantenido casi constante y
en equilibrio dinámico entre sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso) desde el
origen de la vida hasta la actualidad.
El agua existe en la Tierra en tres estados: sólido (hielo, nieve), líquido y gas
(vapor de agua). Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante cambio: el agua
de la superficie se evapora, el agua de las nubes precipita, la lluvia se filtra por latierra, etc. Sin embargo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia. La
circulación y conservación de agua en la Tierra se llama ciclo hidrológico, o ciclo
del agua. Cuando se formó, hace aproximadamente cuatro mil quinientos millones
de años, la Tierra ya tenía en su interior vapor de agua. En un principio, era una
enorme bola en constante fusión con cientos de volcanes activos en su superficie.
El magma, cargado de gases con vapor de agua, emergió a la superficie gracias a
las constantes erupciones. Luego la Tierra se enfrió, el vapor de agua se
condensó y cayó nuevamente al suelo en forma de lluvia. 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 comoescorrentía. 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.
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CICLOS DE LA NATURALEZA
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1.1.2.1 FASES DEL CICLO DEL AGUA
El ciclo del agua tiene una interacción constante con el ecosistema debido a que
los seres vivos dependen de este elemento para sobrevivir y a su vez nos ayudan
al funcionamiento del mismo. Por su parte, el ciclo hidrológico presenta cierta
dependencia de una atmósfera poco contaminada y de un cierto grado de pureza
del agua para su desarrollo convencional, ya que de otra manera el ciclo se
entorpecería por el cambio en los tiempos de evaporación, condensación, etc.
Los principales procesos implicados en el ciclo del agua son:
1º EVAPORACIÓN. El agua se evapora en la superficie oceánica,
sobre la superficie terrestre y también por los organismos, en el fenómeno de
la transpiración en plantas y sudoración en animales. Los seres vivos,
especialmente las plantas, contribuyen con un 10% al agua que se incorpora a
la atmósfera. En el mismo capítulo podemos situar la sublimación,
cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en la superficie helada de
los glaciares o la banquisa.
2º CONDENSACIÓN. El agua en forma de vapor sube y se
condensa formando las nubes, constituidas por agua en pequeñas gotas.
3º PRECIPITACIÓN. Es cuando las gotas de agua que forman las
nubes se enfrían acelerándose la condensación y uniéndose las gotitas de
agua para formar gotas mayores que terminan por precipitarse a la superficieterrestre en razón a su mayor peso. La precipitación puede ser sólida
(nieve o granizo) o líquida (lluvia). La atmósfera también pierde agua por
condensación (rocío o escarcha) que pasan según el caso al terreno, a la
El agua es un elemento esencial para la subsistencia de los seres vivos
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superficie del mar o a la banquisa. En el caso de la lluvia, la nieve y el granizo
(cuando las gotas de agua de la lluvia se congelan en el aire),
la gravedad determina la caída; mientras que en el rocío y la escarcha el
cambio de estado se produce directamente sobre las superficies que cubren al
encontrarse a una temperatura más fría.
4º INFILTRACIÓN. Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo,
penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea. La proporción de agua
que se infiltra y la que circula en superficie (escorrentía) depende de
la permeabilidad del sustrato, de la pendiente y de la cobertura vegetal. Parte
del agua infiltrada vuelve a la atmósfera por evaporación o, más aún, por la
transpiración de las plantas, que la extraen con raíces más o menos extensas y
profundas. Otra parte se incorpora a los acuíferos, niveles que contienen agua
estancada o circulante. Parte del agua subterránea alcanza la superficie allí
donde los acuíferos, por las circunstancias topográficas, intersecan (es decir,
cortan) la superficie del terreno.
5º ESCORRENTÍA. Este término se refiere a los diversos medios por
los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno. En
los climas no excepcionalmente secos, incluidos la mayoría de los
llamados desérticos, la escorrentía es el principal agente geológico de
erosión y de transporte de sedimentos.
6º CIRCULACIÓN SUBTERRÁNEA. Se produce a favor de
la gravedad, como la escorrentía superficial, de la que se puede considerar una
versión. Se presenta en dos modalidades:
Primero, la que se da en la zona vadosa, especialmente en
rocas certificadas, como son a menudo las calizas, y es una circulación
siempre pendiente abajo.
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Segundo, la que ocurre en los acuíferos en forma de agua intersticial
que llena los poros de una roca permeable, de la cual puede incluso
remontar por fenómenos en los que intervienen la presión y
la capilaridad.
7º EVAPORACIÓN. Este proceso se produce cuando el agua de
la superficie terrestre se evapora y se transforma en nubes.
8º FUSIÓN. Este cambio de estado se produce cuando la nieve pasa
a estado liquido cuando se produce el deshielo.
9º SOLIDIFICACIÓN. Al disminuir la temperatura en el interior de
una nube por debajo de 0° C, el vapor de agua o la misma agua se
congelan, precipitándose en forma de nieve o granizo, siendo la principal
diferencia entre los dos conceptos que en el caso de la nieve se trata de
una solidificación del agua de la nube que se presenta por lo general a
baja altura: al irse congelando la humedad y las pequeñas gotas de agua
de la nube, se forman copos de nieve, cristales de hielo polimórficos (es
decir, que adoptan numerosas formas visibles al microscopio), mientras
que en el caso del granizo, es el ascenso rápido de las gotas de agua que
forman una nube lo que da origen a la formación de hielo, el cual va
formando el granizo y aumentando de tamaño con ese ascenso. Y cuando
sobre la superficie del mar se produce una tromba marina (especie de
tornado que se produce sobre la superficie del mar cuando está muy
caldeada por el sol] este hielo se origina en el ascenso de agua por
adherencia del vapor y agua al núcleo congelado de las grandes gotas de
agua.
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10º EL PROCESO SE REPITE DESDE EL INICIO,
consecutivamente por lo que nunca se termina, ni se agota el agua
1.1.3 COMPARTIMENTOS E INTERCAMBIOS DEAGUA
El agua se distribuye desigualmente entre los distintos compartimentos, y los
procesos por los que éstos intercambian el agua se dan a ritmos
heterogéneos. El mayor volumen corresponde al océano, seguido del hielo
glaciar y después por el agua subterránea. El agua dulce superficial
representa sólo una exigua fracción y aún menor el agua atmosférica (vapor y
nubes).
Tabla 1 DEPOSITO, VOLUMEN Y PORCENTAJES
Depósito Volumen (en millonesde km³)
Porcentaje
Océanos 1 370 90,40386
Casquetes yglaciares
546 8,90
Aguasubterránea
9,5 0,68
Lagos 0,125 0,01
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Humedad delsuelo
0,065 0,005
Atmósfera 0,013 0,001
Arroyos y ríos 0,0017 0,0001
Biomasa 0,0006 0,00004
Tabla 2 DEPOSITO VS TIEMPO MEDIO DE RESISTENCIA
Depósito Tiempo medio deresidencia
Glaciares 20 a 100 años
Nieve estacional 2 a 6 meses
Humedad del suelo 1 a 2 meses
Agua subterránea:somera
100 a 200 años
Agua subterránea:profunda
10.000 años
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Lagos 50 a 100 años
Ríos 2 a 6 meses
El tiempo de residencia de una molécula de agua en un compartimento es
mayor cuanto menor es el ritmo con que el agua abandona ese
compartimento (o se incorpora a él). Es notablemente largo en los casquetes
glaciares, a donde llega por una precipitación característicamente escasa,
abandonándolos por la pérdida de bloques de hielo en sus márgenes o por la
fusión en la base del glaciar, donde se forman pequeños ríos o arroyos que
sirven de aliviadero al derretimiento del hielo en su desplazamiento debido a
la gravedad. El compartimento donde la residencia media es más larga,
aparte el océano, es el de los acuíferos profundos, algunos de los cuales son
«acuíferos fósiles», que no se renuevan desde tiempos remotos. El tiempo de
residencia es particularmente breve para la fracción atmosférica, que se
recicla muy deprisa. El tiempo medio de residencia es el cociente entre el
volumen total del compartimento o depósito y el caudal del intercambio de
agua (expresado como volumen partido por tiempo); la unidad del tiempo de
residencia resultante es la unidad de tiempo utilizada al expresar el caudal.
1.1.4 ENERGÍA DEL AGUA
El ciclo del agua emite una gran cantidad de energía, la cual procede de la
que aporta la insolación. La evaporación es debida al calentamiento solar y
animada por la circulación atmosférica, que renueva las masas de aire y que
es a su vez debida a diferencias de temperatura igualmente dependientes de
la insolación. Los cambios de estado del agua requieren o disipan mucha
energía, por el elevado valor que toman el calor latente de fusión y el calor
latente de vaporización. Así, esos cambios de estado contribuyen al
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calentamiento o enfriamiento de las masas de aire, y al transporte neto de
calor desde las latitudes tropicales o templadas hacia las frías y polares,
gracias al cual es más suave en conjunto el clima.
1.1.5 BALANCE DEL AGUA
Artículo principal: Balance hídrico
Si despreciamos las pérdidas y las ganancias debidas al vulcanismo y a
la subducción, el balance total es cero. Pero si nos fijamos en los océanos, se
comprueba que este balance es negativo; se evapora más de lo que precipita
en ellos. Y en los continentes hay un superávit; es decir que se precipita más
de lo que se evapora. Estos déficit y superávit se compensan con las
escorrentías, superficial y subterránea, que vierten agua del continente al mar.
1.1.6 EFECTOS QUÍMICOS DEL AGUA
El agua al desplazarse a través del ciclo hidrológico,
transporta sólidos y gases en disolución. El carbono, el nitrógeno y el azufre,
elementos todos ellos importantes para los organismos vivientes,
son volátiles y solubles, y por lo tanto, pueden desplazarse por la atmósfera y
realizar ciclos completos, semejantes al ciclo del agua.
La lluvia que cae sobre la superficie del terreno contiene ciertos gases y
sólidos en solución. El agua que pasa a través de la zona
insaturada de humedad del suelo recoge dióxido de carbono del aire y
del suelo y de ese modo aumenta de acidez. Esta agua ácida, al llegar encontacto con partículas de suelo o roca madre, disuelve algunas sales
minerales. Si el suelo tiene un buen drenaje, el flujo de salida del
agua freática final puede contener una cantidad importante de sólidos totales
disueltos, que irán finalmente al mar.
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En algunas regiones, el sistema de drenaje tiene su salida final en un mar
interior, y no en el océano, son las llamadas cuencas endorreicas. En tales
casos, este mar interior se adaptara por sí mismo para mantener el equilibrio
hídrico de su zona de drenaje y el almacenamiento en el mismo aumentará o
disminuirá, según que la escorrentía sea mayor o menor que la evaporación
desde el mismo. Como el agua evaporada no contiene ningún sólido disuelto,
éste queda en el mar interior y su contenido salino va aumentando
gradualmente.
Grafico 1 REGIONES SIN SALIDA DE MAR
Si el agua del suelo se mueve en sentido ascendente, por efecto de
la capilaridad, y se está evaporando en la superficie, las sales disueltas
pueden ascender también en el suelo y concentrarse en la superficie, donde
es frecuente ver en estos casos un estrato blancuzco producido por la
acumulación de sales.
Cuando se añade agua de riego, el agua es transpirada, pero las sales que
haya en el agua de riego quedan en el suelo. Si el sistema de drenaje es
adecuado, y se suministra suficiente cantidad de agua en exceso, como suele
hacerse en la práctica del riego superficial, y algunas veces con el riego por
aspersión, estas sales se disolverán y serán arrastradas al sistema de
drenaje. Si el sistema de drenaje falla, o la cantidad de agua suministrada no
es suficiente para el lavado de las sales, éstas se acumularán en el suelo
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hasta tal grado en que las tierras pueden perder su productividad. Éste sería,
según algunos expertos, la razón del decaimiento de la civilización
Mesopotámica, irrigada por los ríos Tigris y Éufrates con un excelente sistema
de riego, pero con deficiencias en el drenaje.
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22.. CCAAPPIITTUULLOO IIII
2.1 INTRODUCCION
El Ciclo del carbono es básico en la formación de
las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; pues todas
las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonos enlazados entre
sí.
El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a
temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede
encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas,carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de
la química orgánica. Se conocen cerca de 10 millones descompuestos de carbono,
y forma parte de todos los seres vivos conocidos.
2.1.1 CICLO DEL CARBONO
La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivospuedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en
una concentración de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de
estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que
todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años.
La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración, los seres
vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la
mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos
del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles.
I r a
c
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Los productos finales de la combustión son CO2 y vapor de agua. El equilibrio en
la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace
posible la vida.
Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante lafotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable
para los seres vivos. Como todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese
mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la cantidad de
CO2 empleada en la fotosíntesis.
En la medida de que el CO2 es consumido por las plantas, también es remplazado
por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de
la materia orgánica y como producto final de combustión
del petróleo, hulla, gasolina, etc.
En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales
como los incendios.
Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el
agua es muy superior a la que tiene en el aire.
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Grafico 2 CICLO DEL CARBONO
2.1.2 TIPOS DE CICLOS
El ciclo del carbono (CO2) es la sucesión de transformaciones que sufre elcarbono a lo largo del tiempo. Es un ciclo biogeoquímico de gran importancia para
la regulación del clima de la Tierra, y en él se ven implicadas actividades básicas
para el sostenimiento de la vida.
2.1.2.1 CICLO BIOGEOQUÍMICO
Regula la transferencia de carbono entre la atmósfera y la litosfera (océanos ysuelo). El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua, formando ácido
carbónico que ataca los silicatos que constituyen las rocas,
resultando iones bicarbonato. Estos iones disueltos en agua alcanzan el mar, son
asimilados por los animales para formar sus tejidos, y tras su muerte se depositan
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en los sedimentos. El retorno a la atmósfera se produce en las erupciones
volcánicas tras la fusión de las rocas que lo contienen. Este último ciclo es de
larga duración, al verse implicados los mecanismos geológicos. Además, hay
ocasiones en las que la materia orgánica queda sepultada sin contacto con el
oxígeno que la descomponga, produciéndose así la fermentación que lo
transforma en carbón, petróleo y gas natural.
Grafico 3. CICLO BIOGEOQUIMICO
2.1.3 ALMACENAMIENTO
El almacenamiento del carbono en los depósitos fósiles supone en la práctica unarebaja de los niveles atmosféricos de dióxido de carbono. Si éstos depósitos se
liberan, como se viene haciendo desde hace tiempo con el carbón, o más
recientemente con el petróleo y el gas natural, el ciclo se desplaza hacia un nuevo
equilibrio en el que la cantidad de CO2 atmosférico es mayor; más aún si las
posibilidades de reciclado del mismo se reducen al disminuir la masa boscosa y
vegetal.
2.1.4 EXPLOTACIÓN
La explotación de combustibles fósiles para sustentar las actividades industriales y
de transporte (junto con la deforestación) es hoy día una de las mayores
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agresiones que sufre el planeta, con las consecuencias por todos
conocidas: cambio climático (por el efecto invernadero), desertificación, etc. La
cuestión ha sido objeto del Convenio sobre cambio climático aprobado en Nueva
York el 9 de mayo de 1992 y suscrito en la cumbre de Río (Río de Janeiro, 11 de
junio de 1992).
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33.. CCAAPPIITTUULLOO IIIIII
3.1 CICLO DEL NITROGENO
3.1.1 CICLO DEL NITRÓGENO
El ciclo del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos en que
se basa el suministro de este elemento a los seres vivos. Es uno de los ciclos
biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio dinámico de composición
de la biosfera.
Grafico 4 CICLO DEL NITROGENO
Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos
nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo.
El nitrógeno es un proceso importante para los organismos, los mismo que ayudan a tener un mejordesarrollo
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Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2,
pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de los
seres vivos (exceptuando algunas bacterias).
Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papelmuy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De
esta forma convierten el N2 en otras formas químicas (nitratos y amonio)
asimilables por las plantas.
El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3
-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y
usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las
proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las
plantas o a otros animales.
En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba
formándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado.
Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos
acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido
úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o
al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunasbacterias.
Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en
nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de
las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan
interesantes para hacer un abonado natural de los suelos.
Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condicionesanaerobias, hay otras bacterias que producen des nitrificación, convirtiendo los
compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del
ecosistema a la atmósfera.
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A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que escasean y que es
factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas. Tradicionalmente se
han abonado los suelos con nitratos para mejorar los rendimientos agrícolas.
Durante muchos años se usaron productos naturales ricos en nitrógeno como
el guano o el nitrato de Chile. Desde que se consiguió la síntesis artificial de
amoniaco por el proceso Haber fue posible fabricar abonos nitrogenados que se
emplean actualmente en grandes cantidades en la agricultura. Como veremos su
mal uso produce, a veces, problemas de contaminación en las aguas:
la eutrofización.
3.1.2 EFECTOS
Los seres vivos cuentan con una gran proporción de
nitrógeno en su composición química. El nitrógeno
oxidado que reciben como nitrato (NO3 ±) a grupos
amino, reducidos (asimilación). Para volver a contar con nitrato hace falta que los des componedores lo
extraigan de la biomasa dejándolo en la forma
reducida de ion amonio (NH4+), proceso que se
llama amonificación; y que luego el amonio sea
oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación.
Así parece que se cierra el ciclo biológico esencial.
Pero el amonio y el nitrato son sustanciasextremadamente solubles, que son arrastradas
fácilmente por la escorrentía y la infiltración, lo que tiende a llevarlas al mar. Al
final todo el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto
en el mar. Los océanos serían ricos en nitrógeno, pero los continentes estarían
Grafico 5. EFECTOSDEL CICLO
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prácticamente desprovistos de él, convertidos en desiertos biológicos, si no
existieran otros dos procesos, mutuamente simétricos, en los que está implicado el
nitrógeno atmosférico (N2). Se trata de la fijación de nitrógeno, que origina
compuestos solubles a partir del N2, y la des nitrificación, una forma de
respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera se
mantiene un importante depósito de nitrógeno en el aire (donde representa un
78% en volumen).
3.1.2.1 FIJACIÓN Y ASIMILACION DE NITRÓGENO
La fijación de nitrógeno es la conversión del nitrógeno del aire (N2) a formas
distintas susceptibles de incorporarse a la composición del suelo o de los seres
vivos, como el ion amonio (NH4+) o los iones nitrito (NO2 ±) o nitrato (NO3 ±); ytambién su conversión a sustancias atmosféricas químicamente activas, como el
dióxido de nitrógeno (NO2), que reaccionan fácilmente para originar alguna de las
anteriores.
FIJACIÓN ABIÓTICA. La fijación natural puede ocurrir por
procesos químicos espontáneos, como la oxidación que se produce por la
acción de los rayos, que forma óxidos de nitrógeno a partir del nitrógenoatmosférico.
FIJACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO. Es un
fenómeno fundamental que depende de la habilidad metabólica de unos pocos
organismos, llamados diazótrofos en relación a esta habilidad, para tomar
N2 y reducirlo a nitrógeno orgánico:
Ecuación 1. FORMULA BIOLOGIACA DEL NITROGENO
N2 + 8H+ + 8e + 16 ATP 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi
La fijación biológica la realizan tres grupos de microorganismos diazotrofos:
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Bacterias gramnegativas de vida libre en el suelo,
de géneros como Azotobacter , Klebsiella o
el fotosintetizador Rhodospirillum, una bacteria purpúrea.
Bacterias simbióticas de algunas plantas, en las que viven de manera
generalmente endosimbiótica en nódulos, principalmente localizados en
las raíces. Hay multitud de especies encuadradas en el género Rhizobium,
que guardan una relación muy específica con el hospedador, de manera
que cada especie alberga la suya.
Cianobacterias de vida libre o simbiótica. Las cianobacterias de vida libre
son muy abundantes en el plancton marino y son los principales fijadores
en el mar. Además hay casos de simbiosis, como el de la
cianobacteria Anabaena en cavidades subestomáticas
de helechos acuáticos del género Azolla, o el de algunas especies
de Nostoc que crecen dentro deantoceros y otras plantas.
La fijación biológica depende del complejo enzimático de la nitrogenasa.
3.1.2.2 AMONIFICACIÓN
La amonificación es la conversión a ion amonio del nitrógeno que en la
materia viva aparece principalmente como grupos amino (-NH2) o imino (-NH-).
Los animales, que no oxidan el nitrógeno, se deshacen del que tienen en
exceso en forma de distintos compuestos. Los acuáticos producen
directamente amoníaco (NH3), que en disolución se convierte en ion amonio.
Los terrestres producen urea, (NH2)2CO, que es muy soluble y se concentra
fácilmente en la orina; o compuestos nitrogenados insolubles como
la guanina y el ácido úrico, que son purinas, y ésta es la forma común
en aves o en insectos y, en general, en animales que no disponen de unsuministro garantizado de agua. El nitrógeno biológico que no llega ya como
amonio al sustrato, la mayor parte en ecosistemas continentales, es convertido
a esa forma por la acción de microorganismos descomponedores.
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3.1.2.3 NITRIFICACIÓN
La nitrificación es la oxidación biológica del amonio al nitrato por
microorganismos aerobios que usan el oxígeno molecular (O2) como
receptor de electrones, es decir, como oxidante. A estos organismos elproceso les sirve para obtener energía, al modo en que los heterótrofos la
consiguen oxidando alimentos orgánicos a través de la respiración celular. El
C lo consiguen del CO2 atmosférico, así que son organismos autótrofos. El
proceso fue descubierto por Sergéi Vinogradski y en realidad consiste en dos
procesos distintos, separados y consecutivos, realizados por organismos
diferentes:
NITRITACIÓN. Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2 ±). Lo
realizan bacterias de, entre otros, los
géneros Nitrosomonas y Nitrosococcus.
NITRATACIÓN. Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3 ±). Lo
realizan bacterias del género Nitrobacter .
La combinación de amonificación y nitrificación devuelve a una forma
asimilable por las plantas, el nitrógeno que ellas tomaron del suelo y pusieron
en circulación por la cadena trófica.
3.1.2.4 DESNITRIFICACIÓN
La des nitrificación es la reducción del ion nitrato (NO3 ±), presente en el suelo
o el agua, a nitrógeno molecular o diatónico (N2) la sustancia más abundante
en la composición del aire. Por su lugar en el ciclo del nitrógeno este proceso
es el opuesto a la fijación del nitrógeno.
Lo realizan ciertas bacterias heterótrofas, como Pseudomonas fluorescens,
para obtener energía. El proceso es parte de un metabolismo degradativo de
la clase llamada respiración anaerobia, en la que distintas sustancias, en este
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caso el nitrato, toman el papel de oxidante (aceptor de electrones) que en la
respiración celular normal o aerobia corresponde al oxígeno (O2). El proceso
se produce en condiciones anaerobias por bacterias que normalmente
prefieren utilizar el oxígeno si está disponible.
El proceso sigue unos pasos en los que el átomo de nitrógeno se encuentra
sucesivamente bajo las siguientes formas:
nitrato nitrito óxido nítrico óxido nitroso nitrógeno
molecular
Expresado como reacción redox:
Ecuación 2 FORMULA EN REACCIÓN REDOX
2NO3- + 10e- + 12H+ N2 + 6H2O
Como se ha dicho más arriba, la des nitrificación es fundamental para que el
nitrógeno vuelva a la atmósfera, la única manera de que no termine disuelto
íntegramente en los mares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin él la
fijación de nitrógeno, abiótica y biótica, habría terminado por provocar la depleción
(eliminación) del N2 atmosférico.
La des nitrificación es empleada, en los procesos técnicos de depuración
controlada de aguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia favorece la
eutrofización y reduce la potabilidad del agua, porque se reduce a nitrito por
la flora intestinal, y éste es cancerígeno.
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MISHEL GARCÍA MALDONADO
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44.. CCAAPPIITTUULLOO IIVV
4.1 CICLO DEL OX IGENO
El ciclo del oxígeno es la cadena de reacciones y procesos que describen la
circulación del oxígeno en la biosfera terrestre.
Grafico 6. CICLO DEL OXIGENO
El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte
del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de
O2, su presencia en la atmósfera se debe a la actividad fotosintética de primitivos
organismos. Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran
poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños
irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la
molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una
nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica.
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La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la
atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso
por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también
devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración
ocasiona el efecto contrario.
Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para
los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono. Las
moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se
rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2,
formando O3 (ozono). Esta reacción es reversible, de forma que el ozono,
absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2.
4.1.1 ABUNDANCIA EN LA TIERRA
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 por parte
de silicatos y 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), por ejemplo. Una toxina
4.1.2 ATMÓSFERA
El O2 le confiere un carácter oxidante a la atmósfera. Se formó
por fotólisis de H2O, formándose H2 y O2:
H2O + h 1/2O2.
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4.1.3 SERES VIVOS
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 elproceso de fotosíntesis se origina oxígeno y glucosa a partir de agua, dióxido de
carbono (CO2) y radiación solar.
4.1.4 CORTEZA TERRESTRE
El carácter oxidante del oxígeno provoca que algunos elementos estén más o
menos disponibles. La oxidación de sulfuros para dar sulfatos los hace
más solubles, al igual que la oxidación de iones amonio a nitratos. Asimismo
disminuye la solubilidad de algunos elementos metálicos como el hierro al
formarse óxidos insolubles.
Grafico 7. CORTEZA TERRESTRE
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4.1.5 HIDRÓSFERA Y ATMÓSFERA QUÍMICABÁSICA ESTRUCTURALITICA
La hidrosfera es una de las capas fluidas que envuelven la Tierra. Está formada
por agua líquida, aunque también se incluye al hielo como componente sólido y a
las nubes como emulsiones de pequeñas gotitas de agua o cristalitos de hielo.
El vapor de agua presente en la atmósfera está en equilibrio con los depósitos
superficiales y atmosféricos de la hidrosfera y su cantidad depende de la
temperatura terrestre. El agua contribuye a regular el clima del planeta por su gran
capacidad de almacenar energía, modela su superficie con los efectos de los
agentes geológicos, diluye los contaminantes y es esencial para los seres vivos.
Constituye un recurso imprescindible para la agricultura, la industria, la generaciónde energía eléctrica, el transporte, la higiene, etc.
En un futuro no muy lejano el agua se utilizará para la obtención de
hidrógeno a gran escala, gas que a su vez será una de las fuentes energéticas
esenciales para el desarrollo y el progreso del planeta. La energía eléctrica, que
sólo podía almacenarse en pequeñas cantidades en pilas o en condensadores,
podrá utilizarse en la obtención de hidrógeno, el cual constituirá un reservorio
energético de capital importancia y un tipo de energía limpia y no contaminante.
El agua cubre casi las tres cuartas partes de la superficie de nuestro
planeta. Los principales depósitos de agua son los océanos con 1.322 millones de
km3 (97, 2 % del volumen total); los glaciares tienen 29,2 millones de km3 (2,2 %);
las aguas subterráneas poseen 8,4 millones de km3 (0,6 %); los ríos y lagos
almacenan 0,2 millones de km3 (0,002 %); y la atmósfera contiene 0,01 millones
de km3 (0,001 %).
La cantidad de agua dulce que consume una persona anualmente oscilaentre 900 metros cúbicos en una sociedad agrícola y 1500 en una sociedad
industrial; por tanto, los 5000 millones de habitantes de la Tierra necesitan
aproximadamente 7,5 billones de metros cúbicos por año.
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El hombre utiliza fundamentalmente el agua dulce, que representa sólo
una pequeña parte de la hidrosfera, de la cual consigue captar una ínfima parte
para diversos usos. La obtiene sobre todo de la escorrentía superficial y de los
lagos, y en menor medida de los acuíferos subterráneos; para ello construye
embalses, realiza sondeos y captaciones de diversa índole. Ahora se construyen
plantas de desalación de aguas marinas.
El agua es un recurso indispensable para el desarrollo de las civilizaciones.
Desgraciadamente los recursos hídricos no se distribuyen de acuerdo con las
demandas de los mismos, existiendo zonas ricas en agua pero poco pobladas
(regiones circumpolares y Siberia) y a la inversa (París, regiones mediterráneas,
centro Europa, EEUU, etc.)
En algunas regiones donde el agua no se repone con suficiente rapidez (es
un recurso no renovable), por necesidades de desarrollo, se está procediendo a su
agotamiento; tal es el caso del centro de Australia, Arabia Saudita, Egipto, Libia y
Sahara septentrional.
El oxígeno es ligeramente soluble en agua, disminuyendo su solubilidad con la
temperatura. Condiciona las propiedades rédox de los sistemas acuáticos. Oxidamateria bioorgánica dando dióxido de carbono y agua.
El dióxido de carbono también es ligeramente soluble en agua dando carbonatos;
condiciona las propiedades ácido-base de los sistemas acuáticos. Una parte
importante del dióxido de carbono atmosférico es captado por
los océanos quedando en los fondos marinos como carbonato de calcio.
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BIBLIOGRAFÍ A
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http://es.wikipedia.org/wiki/ Archivo:Afloramientos_de_sal.jpg
http://mundobiologia.portalmundos.com/los-ciclos-de-la-naturaleza-
%C2%BFel-eterno-retorno/
http://fcoarredondo8c.blogspot.com/
http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_hidrol%C3%B3gico
http://www.mitecnologico.com/ia/Main/CiclosBiogeoquimicos
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2ESO/Energia_ecosistemas/c
ontenidos5.htm
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todas las plantas verdes de la tierra que contienen clorofila toman el CO 2 del aire y durante lafotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seresvivos