Ciclos Biogeoquímicos

 

Ciclos biogeoquímicos consisten en el movimiento de materiales, minerales y químicos presentes en el ambiente, lo cual permite el movimiento o circulación de los principales elementos biológicos y geológicos como: agua, carbono, nitrógeno, fósforo, calcio, azufre, y oxígeno; sustancias que intervienen en los seres vivos a través de cambios desde el entorno que nos rodean. Todos estos elementos son indispensables para la vida humana, vegetal y animal. Sus procesos implican producción y descomposición de la materia orgánica en múltiples superficies y ambientes. Gracias a los ciclos naturales del planeta, se renuevan los nutrientes en cada uno de los ecosistemas involucrando la atmosfera, hidrosfera, litosfera y la estructura orgánica de los seres vivos.

Los Ciclos Biogeoquímicos pueden ser:

Sedimentarios: como fósforo, hierro, calcio, y azufre. En estos la superficie terrestre es el reservorio.

Gaseosos: como el carbono, nitrógeno, oxígeno y el agua. Se mueven principalmente por la atmósfera y los organismos vivos.

Hidrológicos: el propio ciclo del agua que circula por la tierra, seres vivos, océanos y la atmósfera. El agua se evapora en los océanos por la energía del sol, se condensa en las nubes y se precipita nuevamente a la tierra en forma de lluvia.

Mixtos, son aquellos cambios que involucran el paso de las sustancias por la atmosfera, la hidrosfera y la litosfera.

Importancia de los Ciclos Biogeoquímicos: Se traduce en los siguientes beneficios:

Hacen posible la vida en el planeta

Permiten la circulación de materia entre organismos y otros.

Regulan los elementos vitales para la tierra

Proporcionan los nutrientes necesarios para la vida.

Regulan el clima del planeta

Sus elementos son utilizados una y otra vez por los organismos

CICLO DEL AGUA

Este tipo de ciclo biogeoquímico, también es conocido como el ciclo hidrológico. Es un proceso mediante el cual el agua circula de la atmósfera a los océanos, moviéndose en diferentes estados, que Incluye la forma líquida, sólida y gaseosa. Asimismo, en el ciclo se distinguen principalmente tres etapas: evaporación, condensación y precipitación. Muchos de los nutrimentos que utilizan las plantas. Son transportados disueltos en agua. El agua es el principio de la vida, y es el hábitat de millones de organismos, gracias a sus propiedades físicas es indispensable en la regulación de la temperatura tanto en el planeta como en los seres vivos.

El agua que se encuentra en estado líquido se evapora formando las nubes. El vapor se enfría y condensa, formando las gotas que luego caerán de nuevo a la tierra. Una parte caerá directamente sobre mares y ríos, mientras que otra caerá en la tierra, que a su vez se filtrará por las capas y volverá a formar parte de las aguas internas de la tierra. A su vez los hielos que forman la superficie terrestre también forman parte de este proceso. Existe otro ciclo complementario, denominado ciclo interno. En este caso todo sucede internamente, y el calor de la tierra hará que el agua salga al exterior en forma de aguas termales.

CICLO DEL CARBONO

El ciclo del carbono. El carbono se transporta a la litosfera, biósfera, hidrosfera y atmósfera, al igual que el ciclo del agua. El aporte de carbono es fundamental para el desarrollo de seres vivos y sus ecosistemas. El carbono es el principal elemento que forma las macromoléculas de los seres vivos, en combinación con el hidrógeno, el oxígeno, el azufre y otros elementos; forma los carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos, que son las sustancias primordiales, en la estructura de los organismos. Los átomos de carbono tienen la capacidad de enlazarse entre sí y/o con otros bioelementos, conformando infinidad de compuestos esenciales. Éstos compuestos abundan en la Tierra y circulan a través de los seres vivos y el medio ambiente en un proceso natural, conocido como ciclo del carbono. Así el carbono pasa de los organismos biológicos a la atmósfera, de la atmósfera a las plantas, de las plantas a los animales y los suelos, de la atmósfera a los océanos, y viceversa.

El ciclo del carbono es complejo, pero se puede resumir en los siguientes procesos

Respiración y fotosíntesis: El dióxido de carbono (CO2), compuesto por una molécula de carbono y dos de oxígeno, es expulsado al aire –como subproducto- a través de la respiración de todos los seres vivos. Las plantas lo incorporan en sus tejidos, en este proceso intervienen tanto la energía solar, como la compleja molécula de la clorofila, en la fotosíntesis se liberan el oxígeno. De esta forma se da la transferencia de CO2 de los seres heterótrofos a la atmósfera y de esta a los autótrofos.

Descomposición: Los animales carnívoros mueren y sus cuerpos son devorados por otros seres vivos, heterótrofos. Hongos, bacterias, protozoarios y otros organismos unicelulares se alimentan de la materia orgánica, descomponiéndola. En el proceso liberan el dióxido de carbono a través de la respiración y de la generación de sustancias inorgánicas ricas en carbono y otros elementos. Estas sustancias o compuestos van al suelo y son reutilizadas por las plantas para la continuidad del ciclo. Los organismos descomponedores hacen posible la transferencia de carbono de los animales a la atmósfera y los suelos.

Evaporación: Las moléculas de carbono también viajan de la atmósfera a los océanos, y viceversa. La evaporación del agua moviliza el gas carbónico. En el mar hay más carbono del que pudiera pensarse, es atrapado en la superficie por el plancton, organismos microscópicos suspendidos en el agua y del que se alimentan peces, crustáceos, equinodermos, ballenas e inclusive tiburones. Cuando los crustáceos mueren, sus costras van al fondo del mar y conforman rocas, generalmente calizas, que una vez fuera del agua se degradan y sueltan dióxido de carbono.

Combustión: Deriva en la liberación excesiva de calor a la atmósfera, producto de la quema -en grandes cantidades- de combustibles fósiles fuentes de carbono. La combustión se produce de forma natural, debido a las emisiones volcánicas e incendios forestales involuntarios, pero desde hace al menos dos siglos es principalmente provocada por la intromisión del hombre y el desarrollo de actividades industriales.

A partir de la revolución industrial y con la descomunal utilización de los recursos fósiles, el ciclo del carbono se ha visto alterado no sólo en los procesos naturales de combustión, también por el mal manejo de las industrias y la explotación de elementos o materiales ricos en carbono, entre ellos la madera, el carbón, el petróleo y el gas natural. De las diferentes formas del carbono se obtienen productos que los humanos consumen a gran escala, combustibles para los automóviles, aceites, y gas doméstico, entre otros, por tanto, la explotación de estas fuentes de energía también se hace a gran escala y a una velocidad difícil de asimilar naturalmente, y como consecuencia la generación de los llamados gases invernadero, responsables del calentamiento global. 

 Ciclo del Nitrógeno. 

Los seres vivos necesitamos nitrógeno para la formación de aminoácidos en la síntesis de proteínas. El N forma parte de los ácidos nucleicos, la clorofila y otras biomoléculas fundamentales. Las plantas requieren nitrógeno para crecer y producir semillas. Debido a que los seres vivos no podemos asimilar el nitrógeno directamente, el ciclo adquiere vital importancia.

La gran válvula de almacenamiento de nitrógeno en el planeta es la atmósfera, en ella el Nitrógeno, no está combinado con otros elementos, y se forma por procesos químicos y biológicos. El Nitrógeno símbolo N es el elemento número 7 de la tabla periódica. La atmosfera esta formada en un 78% por N, sin embargo, las plantas no pueden aprovechar el nitrógeno directamente del aire. En vez de ello, lo obtienen del suelo en forma de nitratos. Para que el N pase del aire al suelo, encontramos una serie de bacterias y cianobacterias; estas fijadoras del nitrógeno viven cerca de las raíces de las plantas o bien, en nódulos de las raíces de las leguminosas y convierten el gas, en nitratos, que las plantas absorben del suelo por sus raíces y lo usan en sus procesos para sintetizar proteínas. De igual manera el nitrógeno atmosférico es ionizado durante las tormentas eléctricas, y transforma el nitrógeno gaseoso en nitratos. Las trasformaciones químicas incluyen aspectos como:

AMONIFICACIÓN. El suelo contiene bacterias que, gracias a unas enzimas, convierten el nitrógeno gaseoso en iones de amonio, los cuales se unen a las partículas del suelo.

NITRIFICACIÓN. Bacterias nitrificantes pueden liberar el amonio que está en el suelo, convierten los iones de amonio en iones  nitrito. Estos pueden ser convertidos a nitrato por la acción de bacterias nitrificantes. Como se mencionó, en esta última forma, las plantas toman el nitrógeno, aunque también pueden absorber iones de amonio.

ASIMILACIÓN. Esta etapa consiste simplemente en el consumo del nitrógeno por los consumidores. Los animales se alimentan de las plantas, y de esta manera el N pasa a su cuerpo. Ellos digieren las proteínas vegetales gracias a ciertas enzimas.

DESNITRIFICACIÓN. En algunos suelos, generalmente anegados, bacterias convierten los nitratos del suelo en nitrógeno gaseoso, que se eleva y vuelve a la atmósfera. Puede volver a la tierra disuelto en la lluvia.

DESCOMPOSICIÓN Y AMONIFICACIÓN.  Una parte del nitrógeno vuelve al suelo a través de los excrementos de los animales y sus demás residuos orgánicos. Los organismos descomponedores, como bacterias y hongos, descomponen los tejidos de animales y plantas muertos y los productos de desecho, que contienen nitrógeno, para liberar energía. Igual sucede con la urea y los excrementos, a partir de los cuales se genera amoniaco, en este caso, los descomponedores convierten el amoniaco en iones de amonio, que luego pueden ser convertidos en nitritos.

Los residuos orgánicos devuelven al suelo una parte del nitrógeno, dando lugar a nitritos y nitratos que las plantas pueden utilizar como abono. Las bacterias nitrificantes devuelven también una parte del nitrógeno a la atmósfera, lo mismo que hacen las bacterias transformadoras de la materia orgánica en nitritos. Los procesos geológicos naturales incorporan nuevo nitrógeno al aire.

El ciclo del fosforo.  

El fosforo es elemento número 15 símbolo P. De los macroelementos es el único que no se halla en la atmosfera.  Su gran reservorio o sitio de almacenamiento es la corteza terrestre como fosfatos en yacimientos.  Los fosfatos se liberan a través de la erosión y meteorización de las rocas, bien por causas naturales o provocadas por la explotación industrial. Es gracias a la gravedad, las aguas marinas, de lluvia y glaciales, así como el aire, el viento y la actividad de plantas, animales y hombres, que se producen los desgastes o disgregaciones de las rocas. En ese “juego”, los fosfatos atraviesan el suelo y pasan a formar parte de los diferentes ecosistemas y de los seres vivos que habitan en ellos.

En la capa vegetal los fosfatos son tomados por las raíces de las plantas, que a su vez serán consumidas por animales y de esta forma se incorporan en la cadena alimenticia. Además, las aguas arrastran estas sales hasta los diferentes afluentes.  Tanto en el mar, como también en ecosistemas de agua dulce, una parte permanece en la superficie sirviendo a organismos como el fitoplancton, del que luego se alimentan peces, crustáceos, moluscos y otras especies acuáticas. El ser humano al alimentarse de estos productos incorpora en sus tejidos este importante elemento.  En las playas y lugares donde abundas las aves el fosforo se deposita a través de las heces de las aves marinas, es lo que le denomina guano (excremento) que se acumula en las orillas y peñascos es utilizado como abono por su contenido rico en fósforo, potasio y nitrógeno. Cuando las plantas y animales mueren, se descomponen y por la acción de microorganismos procariotas (bacterias). los elementos vuelven a la tierra. El fósforo lo hace en forma de fosfatos solubles. Una vez en la tierra inicia de nuevo la cadena.

El ciclo del fósforo es sedimentario. Es la suma de procesos de producción y descomposición. Por las características del elemento químico, el ciclo se desarrolla lentamente, no puede equipararse con la volatilidad del agua o el carbono.

El fósforo en su forma natural no es útil para los organismos. El progreso del ciclo permite no sólo la factibilidad de su uso, sino también la reutilización una y otra vez como nutriente básico y fuente de energía de los seres vivos.

El escenario del ciclo del fósforo es principalmente la corteza terrestre.

Etapas del ciclo del fósforo

El ciclo del fósforo puede ser resumido en tres fases o etapas:

Liberación de los fosfatos, que se da en la corteza terrestre a partir de procesos geológicos externos: erosión, meteorización, transporte y sedimentación.

Absorción y transferencia de los éteres de ácido fosfórico. Las plantas son las primeras en alimentarse del fósforo en los suelos, éstas crecen y son consumidas por animales herbívoros que posteriormente sirven de alimento a los carnívoros, así los fosfatos pasan de una cadena trófica a la otra. Los fosfatos liberados en las rocas también pueden terminar en grandes mares, ser absorbidos por los organismos acuáticos o irse al fondo del agua hasta formar parte de otras sedimentaciones o rocas.

Reciclaje del elemento químico o nutriente. El fósforo cumple un papel importante en los organismos biológicos y de una u otra forma siempre regresa a la tierra para su reutilización. Las plantas -en tierra y agua- alimentan animales que expulsan fosfatos a través del excremento, desechos que sirven de abono a los suelos. Y aun cuando mueren, plantas y animales se descomponen en un proceso natural que termina por devolver fosfatos solubles a la tierra. Otra forma de reciclaje, pero a muy largo plazo, es la fosilización de los restos orgánicos y su desplazamiento a los umbrales de la tierra.

Alteraciones

El fósforo “sale” a la superficie terrestre como parte de un ciclo natural. Sin embargo, las intromisiones del hombre en el medio ambiente alteran el proceso. La quema de carbón, la práctica de la minería y el uso de fertilizantes artificiales, entre otras actividades humanas, resultan en la presencia de una gran cantidad de fosfatos en la tierra, el agua, los organismos vivos y también en la atmósfera.  El fósforo suspendido en las rocas y el circulante en la atmósfera -que aumenta el nitrógeno- corre a los mares, alimentando a las algas y otros organismos que se multiplican velozmente hasta el punto de no coexistir debido a la reducción de oxígeno. Mueren y terminan formando parte de la contaminación ambiental

Realice en el cuaderno, el resumen de los ciclos. incluya gráficos 

La eutrofización:  causas y consecuencias 

La lluvia ácida, causas y consecuencias

APA activa "Los super héroes ambientales". 

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APA  En el cuaderno: Responda a la inquietudes formuladas en los videos.