LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

LOS CICLOS  BIOGEOQUÍMICOS

Uno de los fenómenos de la naturaleza que se observa más frecuentemente es la recurrencia cíclica de eventos. Al verano siguiente sigue el invierno, a la luna llena sigue la luna nueva, a la marea baja sigue la marea alta y a la noche el día. El comportamiento cíclico se presenta en una multitud de sistemas, desde las enzimas de una célula individual hasta la rotación de la galaxia.

Los sistemas naturales de la tierra, para poder disponer continuamente de materiales que se presentan en cantidades limitadas, han desarrollado ciclos que los surten de nuevo y los re circulan, ejemplo de ello son el ciclo del agua, del carbono, y los ciclos  biogeoquímicos: del nitrógeno, del fósforo, etc.

CICLO DEL AGUA

Uno de los grandes ciclos de la tierra es el ciclo del agua (hidrológico). El agua se mueve constantemente desde la atmósfera a la tierra, los mares y luego, nuevamente, a la atmósfera. Cuando el agua se mueve, modifica la superficie de la tierra. El agua es indispensable para la existencia de la vida debido a que es un solvente universal.

El agua es un agente poderoso de los cambios. La erosión consiste primariamente en el lavado de alguna porción de la corteza terrestre, por el agua corriente. Al fluir sobre el terreno, el agua construye montes, cañones y mesetas. Asimismo transporta y deposita nutrientes y sedimentos. Pero esta breve estancia sobre la tierra constituye solamente un eslabón en el ciclo del agua. El agua no se distribuye simplemente entre los océanos, el agua dulce o subterránea o el vapor de agua en la atmósfera, sino que está circulando constantemente de un sitio a otro. El ciclo del agua está controlado por la energía del sol y por la gravedad. Suministra además la conexión entre la atmósfera, litosfera, que hace posible la presencia de la vida sobre tierra.

El agua y la vida son inseparables. La mayor parte del tejido vivo se compone de agua, la cual actúa como el medio necesario para las reacciones químicas de las células del cuerpo. El agua, al tener carácter de solvente universal, casi cualquier sustancia puede disolverse en ella, transporta la mayoría de los nutrientes esenciales para la vida. Por ejemplo, los vegetales obtienen todos los nutrientes minerales del agua proveniente del suelo, en la que están disueltas las sustancias necesarias. En el cuerpo humano, las sales minerales, vitaminas, carbohidratos, etc., son transportados por el medio acuoso de la sangre, los jugos gástricos y el líquido linfático. El cuerpo excreta los desperdicios que están disueltos en los fluidos de la orina y de la transpiración.     

El agua se mueve desde la atmósfera, donde se halla como vapor de agua, a la superficie de la tierra, donde la utilizan los organismos, y luego retorna a la atmósfera. Las rutas principales del agua  de la tierra a la atmósfera son: la evaporación y la transpiración.

La energía solar determina la evaporación del agua  que se incorpora al a atmósfera como vapor. La mayor parte de la evaporación, se presenta en el principal depósito el océano, lagos y ríos.

La transpiración es realizada en mayor proporción en la naturaleza por los vegetales. El agua almacenada en los tejidos vegetales como en los animales se difunde a través de sus membranas y entra a la atmósfera como vapor de agua.

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Alfredo Leopold, el naturalista y escritos, trazó la ruta del átomo X del ambiente abiótico al biótico y su retorno al biótico, en su libro clásico, A Sand Country Almanac. En él, describe un ciclo biogeoquímico. El término biogeoquímico se deriva del hecho de que hay un movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (“bio”), el ambiente geológico (“geo”) e interviene en un cambio químico. Estos elementos circulan a través del aire, la tierra, el mar y los sistemas vivos, siguiendo rutas complicadas, que utilizan el ciclo del agua, los ciclos geológicos y los ciclos ecológicos de los procesos opuestos de la fotosíntesis y la respiración.

Los organismos vivos requieren de 30 a 40 elementos para su desarrollo normal. Los más importantes son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo. Como existe un suministro finito de cada uno, su continua disponibilidad depende de algún ciclo que permita el uso repetido de los elementos. Los enormes ciclos emplea una y otra vez, transformándolos y recirculándolos a través de la atmósfera, hidrosfera, litosfera y la biosfera.

Para un ecólogo, la característica más importante de un ciclo biogeoquímico, lo constituye el hecho de que los componentes bióticos y abióticos aparezcan íntimamente entrelazados. Todos los ciclos biogeoquímicos incluyen organismos (sin vida, los ciclos biogeoquímicos cesarían, y sin ellos, la vida misma se extinguiría). Un ciclo biogeoquímicos posee las siguientes características.

·         EL movimiento del elemento nutriente desde el medio ambiente hasta los organismos y su retorno a éste.

·         La inclusión de los organismos biológicos (vegetales y/o animales, especialmente, microorganismos).

·         Un depósito “geológico” (atmósfera o litosfera)

·         Un cambio químico

Los ciclos biogeoquímicos pueden dividirse en dos tipos básicos:

1.    Ciclos de nutrientes gaseosos y

2.    Ciclos de nutrientes sedimentarios

En los ciclos gaseosos, el depósito donde se colecta el nutriente corresponde a la    atmósfera. Existe poca (o ninguna) pérdida del elemento nutriente durante el relativamente rápido proceso de recirculación. En los ciclos sedimentarios, el depósito nutriente está representado por las rocas sedimentarias. Estos ciclos son más lentos y tienden a ejercer una influencia limitante sobre los organismos vivos.

Los ciclos típicos de nutrientes gaseosos incluyen al ciclo del carbono, al del oxígeno y al ciclo del nitrógeno.

En el ciclo sedimentario, las rocas sedimentarias constituyen el depósito principal. Para que los elementos lleguen hasta un organismo del tipo de un vegetal, las rocas deben ser intemperizadas y, posteriormente, transportarse al suelo. En este proceso, la mayor parte del elemento se deslava y se deposita finalmente en el mar, como sedimento. El elemento atrapado en estos nuevos depósitos de  sedimentos permanece inasequible a los organismos, hasta que un levantamiento de los continentes lo expone nuevamente a la acción de los agentes atmosféricos. Los ciclos sedimentarios típicos, incluyen al ciclo del fósforo y  al ciclo del azufre        

CICLO DEL CARBONO

El carbono aparece distribuido ampliamente en la atmósfera en forma de bióxido de carbono gaseoso (CO2). Las plantas utilizan, en la fotosíntesis el bióxido de carbono directamente, para producir carbohidratos. El bióxido de carbono retorna a la atmósfera a través de la respiración (lo inverso de la fotosíntesis). El cálculo revela que sobre cada hectárea de la superficie terrestre, la atmósfera contiene unas 6 toneladas de carbono, en forma de bióxido. Si no pudiera renovarse la cantidad total, las plantas verdes terminarían por gastar la totalidad del carbono atmosférico en pocos siglos. La fijación del bióxido de carbono por las bacterias y los animales es otra manera de disminuir la cantidad total de bióxido de carbono, aunque cuantitativamente menos importante.

El bióxido de carbono vuelve a la atmósfera por las descarboxilaciones que ocurren en respiración celular. Las plantas respiran continuamente, y los tejidos de las plantas verdes son ingeridos por animales que al respirar devuelven a la atmósfera bastante bióxido de carbono para equilibrar el consumido durante la fotosíntesis; se acumularían en los cuerpos muertos enormes cantidades de carbono. El ciclo equilibra por bacterias y hongos que, mediante los procesos de putrefacción y fermentación, desdoblando los compuestos de carbonoto plantas y animales muertos y los transforman en bióxido de carbono otra vez.

Cuando los organismos vegetales son comprimidos bajo el agua, no son atacados por las bacterias, sino que sufren una serie de cambios químicos para formar turba, luego lignita, y finalmente carbón. Los cuerpos de algunos organismos marinos pueden sufrir cambios semejantes y forman petróleo. Estos fenómenos significan la substracción de parte del carbono al ciclo, pero más tarde los trastornos geológicos o las obras de minería o perforación por el hombre llevan a la superficie el carbón o el petróleo que será quemado hasta bióxido de carbono, volviendo en esta forma al ciclo.

La mayor parte del carbono de la tierra  se encuentra en las rocas bajo formas de carbonatos, como las piedras calizas y el mármol. Las rocas se gastan poco a poco y con el tiempo los carbonatos vuelven al ciclo del carbono. Pero se forman en el fondo del mar otras rocas a partir de los sedimentos de animales y plantas muertas, de modo que la cantidad de carbono en el ciclo permanece casi constante

CICLO DEL NITRÓGENO

La fuente de nitrógeno para la síntesis de aminoácidos y proteínas son los nitratos del suelo y del agua. Estos nitratos son absorbidos por las plantas y pasan a formar parte de los aminoácidos y proteínas. Las plantas pueden ser ingeridas por los animales, que a su vez emplean los aminoácidos de las proteínas vegetales para sintetizar sus propias proteínas y algunos otros compuestos nitrogenados.

Cuando mueren los animales o las plantas, las bacterias de putrefacción transforman el nitrógeno en sus proteínas y otros compuestos en amoniaco. Los animales excretan varios tipos de productos de desecho a base de nitrógeno (urea y ácido úrico) y las bacterias mencionadas transforman estos productos en amoniaco. Casi todo este elemento es transformado en nitratos por las bacterias nitrificantes; pasa luego a nitratos por acción de las bacterias correspondientes con lo que se completa el ciclo. Las bacterias desnitrificantes transforman parte del amoniaco en nitrógeno atmosférico. Este último puede ser fijado y transformado en compuestos orgánicos de nitrógeno como aminoácidos por algunas algas verde azules y por las bacterias del suelo Azotobacter y Clostridiun.

El nitrógeno atmosférico también puede ser fijado por la energía eléctrica, bien sea por los rayos o producida por el hombre. Aunque el 80  por 100 de la atmósfera está  formada por nitrógeno, ningún animal  planta, con las excepciones mencionadas, pueden utilizar este elemento en su forma gaseosa. Cuando los cuerpos de las bacterias que fijan nitrógeno son atacados por otras bacterias, los aminoácidos son metabolizados hasta amoniaco, que a su vez es transformado por bacterias en nitritos y nitratos; en esa forma se completa el ciclo.

CICLO DEL FÓSFORO                  

Cuando el agua corre sobre los terrenos, desgasta su superficie y lleva consigo distintos minerales, algunos disueltos y otros en suspensión. Estos minerales, por ejemplo fosfatos, sulfatos, calcio, magnesio y otros, son necesarios para el desarrollo de las plantas y animales.

El fósforo es un componente de suma importancia de todas las células, es tomado por las plantas como fosfato inorgánico y transformado en gran variedad de compuestos orgánicos de fosfato. Los animales obtienen su fósforo como fosfato inorgánico del agua que beben, y como fosfatos orgánicos e inorgánicos de los alimentos.

El ciclo del fósforo no es completamente equilibrado. Los fosfatos son llevados al fondo del mar con los sedimentos más rápidamente de lo que se disuelven. Las aves marinas desempeñan un papel importante para poner el fósforo en circulación al depositar en la tierra el guano  abundante en fosfatos.

El hombre y otros animales, al consumir pescado, recobran también parte del fósforo del mar. Con el tiempo, las alteraciones geológicas hacen que sobresalgan algunas zonas del fondo abisal, bajo forma de montaña y así se recobran minerales marinos utilizables.

BIBLIOGRAFÍA:

Cabrera, M. E., et al. (1998). Ciencias de la tierra y del medio ambiente. España: Editex, s. a.