La materia circula desde el mundo vivo hacia el ambiente abiótico y de regreso; esa circulación constituye los ciclos biogeoquímicos.
Estos son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los componentes vivos y no vivos de la Tierra.
La tierra es un sistema cerrado donde no entra ni sale materia. Las sustancias utilizadas por los organismos no se "pierden" aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesibles para los organismos por un largo período. Sin embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuera de ellos.
Se conocen los siguientes ciclos biogeoquímicos:
El CO2 se encuentra:
En el océano y en el agua dulce como en la atmósfera (gas).
El ciclo básico comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera o disuelto en el agua. El carbono (del CO2) pasa a formar parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono, grasas y proteínas, y el oxígeno es devuelto a la atmósfera o al agua mediante la respiración. Así, el carbono pasa a los herbívoros que comen las plantas y de ese modo utilizan, reorganizan y degradan los compuestos de carbono. Gran parte de éste carbono es liberado:
en forma de CO2 por la respiración, o como producto secundario del metabolismo, pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros, que se alimentan de los herbívoros. En última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por descomposición, y el carbono que es liberado en forma de CO2, es utilizado de nuevo por las plantas.
Efecto invernadero:A través de las actividades humanas se liberan grandes cantidades de carbono a la atmósfera a un ritmo mayor de aquel con que los productores y el océano pueden absorberlo, éstas actividades han perturbado el presupuesto global del carbono, aumentando, en forma lenta pero continua el CO2 en la atmósfera; propiciando cambios en el clima con consecuencias en el ascenso en el nivel del mar, cambios en las precipitaciones, desaparición de bosques , extinción de organismos y problemas par la agricultura.Gases como el CO2, ozono superficial (O3)4, óxido nitroso (N2O) y clorofluoralcanos se acumulan en la atmósfera como resultado de las actividades humanas, derivando en un aumento del calentamiento global, esto ocurre porque los gases acumulados frenan la pérdida de radiación infrarroja (calor) desde la atmósfera al espacio. Una parte del calor es transferida a los océanos, aumentando la temperatura de los mismos, lo que implica un aumento de la temperatura global del planeta. Como el CO2 y otros gases capturan la radiación solar de manera semejante al vidrio de un invernadero, el calentamiento global producido de este modo se conoce como efecto invernadero.
La atmósfera es el principal reservorio de nitrógeno, donde constituye hasta un 78 % de los gases. Sin embargo, como la mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico para elaborar aminoácidos y otros compuestos nitrogenados, dependen del nitrógeno presente en los minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la gran cantidad de nitrógeno en la atmósfera, la escasez de nitrógeno en el suelo constituye un factor limitante para el crecimiento de los vegetales. El proceso a través del cual circula nitrógeno a través del mundo orgánico y el mundo físico se denomina ciclo del nitrógeno.
Este ciclo consta de las siguientes etapas:
Fijación del nitrógeno: consiste e la conversión del nitrógeno gaseoso (N2) en amoníaco (NH3), forma utilizable para los organismos. En esta etapa intervienen bacterias (que actúan en ausencia de oxígeno), presentes en el suelo y en ambientes acuáticos, que emplean la enzima nitrogenasa para romper el nitrógeno molecular y combinarlo con hidrógeno.
N2 --------------------> NH3
Ejemplos de bacterias fijadoras de nitrógeno:
°Las cianobacterias, realizan la mayor parte de la fijación del nitrógeno. Algunos helechos acuáticos tiene cavidades donde viven las cianobacterias.
Nitrificación: proceso de oxidación del amoníaco o ion amonio, realizado por dos tipos de bacterias: Nitrosomonas y Nitrobacter (comunes del suelo). Este proceso genera energía que es liberada y utilizada por estas bacterias como fuente de energía primaria. Este proceso ocurre en dos etapas:
Un grupo de bacterias, las Nitrosomonas y Nitrococcus, oxidan el amoníaco a nitrito (NO2): 2 NH3 + 3 O2 g 2 NO2 - + 2 H+ + 2 H2O
Otro grupo de bacterias, Nitrobacter, transforman el nitrito en nitrato, por este motivo no se encuentra nitrito en el suelo, que además es tóxico para las plantas.
Asimilación: las raíces de las plantas absorben el amoníaco (NH3) o el nitrato (NO3 -), e incorporan el nitrógeno en proteínas, ácidos nucleicos y clorofila. Cuando los animales se alimentan de vegetales consumen compuestos nitrogenados vegetales y los transforman en compuestos nitrogenados animales.
Amonificación: consiste en la conversión de compuestos nitrogenados orgánicos en amoníaco, se inicia cuando los organismos producen desechos como urea (orina) y ácido úrico (excreta de las aves), sustancias que son degradadas para liberar como amoníaco el nitrógeno en el ambiente abiótico. El amoníaco queda disponible para los procesos de nitrificación y asimilación. El nitrógeno presente en el suelo es el resultado de la descomposición de materiales orgánicos y se encuentra en forma de compuestos orgánicos complejos, como proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y nucleótidos, que son degradados a compuestos simples por microorganismos - bacterias y hongos - que se encuentran en el suelo. Estos microorganismos usan las proteínas y los aminoácidos para producir sus propias proteínas y liberan el exceso de nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o ion amonio (NH4+).
Desnitrificación: es el proceso que realizan algunas bacterias ante la ausencia de oxígeno, degradan nitratos (NO3 -) liberando nitrógeno (N2) a la atmósfera a fin de utilizar el oxígeno para su propia respiración. Ocurre en suelos mal drenados. A pesar de las pérdidas de nitrógeno, el ciclo se mantiene gracias a la actividad de las bacterias fijadoras de nitrógeno, capaces de incorporar el nitrógeno gaseoso del aire a compuestos orgánicos nitrogenados.
El ciclo del agua (o ciclo hidrológico) es la circulación del agua de la tierra: el agua fresca de los lagos y ríos, los mares y océanos salados y la atmósfera. Comprende el proceso que recoge, purifica y distribuye el suministro fijo del agua en la superficie terrestre, abarcando algunos pasos importantes:
A través de la evaporación, el agua que está sobre la tierra y en los océanos se convierte en vapor de agua.
A través de la condensación, el vapor de agua se convierte en gotas del líquido, las cuales forman las nubes o la niebla.
En el proceso de precipitación, el agua regresa a la Tierra bajo la forma de rocío, de lluvia, granizo o nieve.
A través de la transpiración, el agua es absorbida por las raíces de las plantas, pasa a través de los tallos y de otras estructuras y es liberada a través de sus hojas como vapor de agua.
°El agua se mueve desde la tierra hacia el mar, o bien desde la tierra hacia el suelo donde es almacenada y de donde regresa eventualmente a la superficie o a lagos, arroyos y océanos.
°Con la condensación del agua, la gravedad provoca la caída al suelo.
ciclO DEL fOSfoRO
El ciclo del fósforo se reduce a los siguientes procesos:
· El fósforo se encuentra en la naturaleza en forma de compuestos de calcio (apatita), fierro, manganeso y aluminio conocidos como fosfatos, que son poco solubles en el agua. En los buenos suelos agrícolas el fósforo está disponible en forma de iones de fosfato (P2 O5).· Las plantas absorben los iones de fosfato y los integran a su estructura en diversos compuestos. Sin fósforo las plantas no logran desarrollarse adecuadamente.· Los animales herbívoros toman los compuestos de fósforo de las plantas y los absorben mediante el proceso de la digestión, y los integran a su organismo, donde juegan un rol decisivo en el metabolismo.· Los carnívoros toman el fósforo de la materia viva que consumen y lo integran a su estructura orgánica.
En ciertas zonas de la Tierra se han formado acumulaciones de compuestos fosforados y que son ampliamente explotados para fertilizar los suelos agrícolas y mejorar su contenido en fósforo. En el Perú existen dos depósitos muy importantes de compuestos fosforados: los yacimientos de roca fosfórica de Bayóvar (Piura) y el guano de las islas.Los yacimientos de roca fosfórica de Bayóvar son depósitos naturales y de carácter agotable, porque una vez explotados se acabarán.
//Ciclo del Azufre//
En la fragmentación de las proteínas se producen ciertas cantidades de SH2 además de amoníaco. Esto lo realizan algunas bacterias proteolíticas productoras de desulfurasas que actúan sobre los grupos sulfidrilos de los aminoácidos sulfurados (cisteína, metionina). Este sulfídrico no es estable en medio aerobio y su oxidación microbiana tiene el último eslabón en los sulfatos, ya estables y fuentes básica de azufre para las planas verdes. Este proceso de mineralización se conoce como sulfuricación:
2 SH2 + O2 -> S2 + 2H2O + 80 Kcal S2 + 3O2 + 2H2O -> 2 SO4H2 + 240 Kcal
La oxidación del ácido sulfídrico (y de otros compuestos de azufre oxidables como sulfitos y tiosulfatos) es llevada a cabo por ciertas bacterias quimioautótrofas que utilizan la energía que obtienen en este proceso para reducir el anhídrido carbónico: las bacterias del género Thiobacillus y probablemente sulfobacterias filamentosas de los géneros Beggiatoa y Thiothrix. Hay también otros organismos heterótrofos que pueden llevar a cabo este proceso (por ejemplo algunos hongos).