Ciclos biogeoquímicos: agua, carbono, nitrógeno, fósforo y azufre

La energía fluye por los ecosistemas y se pierde como calor, pero la materia se recicla. Los átomos de carbono, nitrógeno o fósforo de tu cuerpo estuvieron antes en el aire, en el suelo, en plantas y en otros animales. Los ciclos biogeoquímicos son los recorridos que siguen estos elementos entre los seres vivos (bio) y el ambiente físico (geo), con transformaciones químicas.

Se clasifican en:

• Ciclos gaseosos (atmosféricos): la reserva principal está en la atmósfera. Agua, carbono, oxígeno y nitrógeno.
• Ciclos sedimentarios: la reserva principal está en las rocas y el suelo. Fósforo y azufre.

Ciclo del agua (hidrológico)

La mayor reserva de agua es el océano (cerca del 97 % del agua del planeta). El ciclo lo impulsa la energía del Sol:

1. Evaporación: el calor del Sol evapora el agua de océanos, lagos y ríos (el océano aporta la mayor parte de la humedad del aire). Las plantas también liberan vapor por sus hojas (transpiración).
2. Condensación: el vapor sube, se enfría y se condensa en gotitas que forman las nubes y la niebla.
3. Precipitación: el agua cae como lluvia, nieve o granizo.
4. Escurrimiento e infiltración: parte del agua corre por la superficie hacia ríos, lagos y el mar; otra parte se infiltra en el suelo y forma acuíferos (agua subterránea), que también fluyen lentamente hacia el mar. Otra parte queda como hielo en glaciares.

Los seres vivos toman agua del ambiente y la devuelven por respiración, transpiración y excreción.

Ciclo del carbono

El carbono forma la estructura de todas las biomoléculas.

• Fotosíntesis: los productores toman el $\ce{CO2}$ del aire (o del agua) y lo incorporan a la glucosa.
• Cadenas alimenticias: el carbono pasa a los consumidores cuando comen.
• Respiración: productores, consumidores y descomponedores devuelven el carbono a la atmósfera como $\ce{CO2}$.
• Descomposición: al morir los organismos, los descomponedores liberan su carbono.
• Almacenes de largo plazo: parte del carbono queda en los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas), en las rocas calizas ($\ce{CaCO3}$) y disuelto en el océano.
• Combustión: al quemar combustibles fósiles y bosques, el ser humano libera rápidamente ese carbono como $\ce{CO2}$, lo que aumenta el efecto invernadero (ver contaminantes del aire).

Ciclo del nitrógeno

El nitrógeno forma parte de las proteínas y los ácidos nucleicos. El aire tiene 78 % de nitrógeno ($\ce{N2}$), pero casi ningún ser vivo puede usarlo en forma de gas: primero debe transformarse en compuestos que las plantas absorban. Este trabajo lo hacen sobre todo bacterias.

1. Fijación: algunas bacterias convierten el $\ce{N2}$ del aire en amoniaco. Las más conocidas son las del género Rhizobium, que viven en nódulos de las raíces de las leguminosas (frijol, chícharo, alfalfa); también lo hacen cianobacterias y bacterias libres del suelo. Una parte menor la fijan los rayos y la industria de los fertilizantes.
2. Nitrificación: otras bacterias del suelo transforman el amoniaco en nitritos (Nitrosomonas) y los nitritos en nitratos (Nitrobacter).
3. Asimilación: las plantas absorben los nitratos por la raíz y los usan para fabricar aminoácidos y proteínas. Los animales obtienen el nitrógeno al comer plantas o a otros animales.
4. Amonificación: los desechos (urea, ácido úrico) y los restos de organismos muertos son descompuestos por bacterias y hongos, que liberan amoniaco al suelo.
5. Desnitrificación: bacterias de suelos con poco oxígeno transforman los nitratos de nuevo en $\ce{N2}$, que regresa a la atmósfera.

Por eso los agricultores siembran frijol junto al maíz (como en la milpa) o rotan cultivos con leguminosas: enriquecen el suelo con nitrógeno.

Ciclo del fósforo

El fósforo forma parte del ATP, de los ácidos nucleicos y de los fosfolípidos de las membranas, además de los huesos y dientes. Es un ciclo sedimentario: no tiene una fase gaseosa importante.

1. Su reserva principal son las rocas fosfatadas. La lluvia y la erosión liberan fosfatos al suelo y al agua.
2. Las plantas absorben los fosfatos; los animales los obtienen al comer.
3. Los desechos y restos son degradados por los descomponedores y los fosfatos regresan al suelo.
4. Parte de los fosfatos es arrastrada al mar y se deposita en los sedimentos profundos; tarda millones de años en volver a la superficie, cuando los movimientos geológicos levantan esas rocas. Las aves marinas también lo regresan a tierra con sus excrementos (guano).

Es un ciclo muy lento, por eso el fósforo suele ser un nutriente escaso. El exceso de fosfatos de fertilizantes y detergentes en el agua provoca la eutrofización (ver contaminación del agua).

Ciclo del azufre

El azufre forma parte de algunos aminoácidos (cisteína y metionina) y, por tanto, de las proteínas.

1. Su reserva principal son los sulfatos de los océanos y los sulfuros de las rocas de la corteza terrestre.
2. Las plantas absorben sulfatos ($\ce{SO4^2-}$) del suelo y los incorporan a sus proteínas; los animales los obtienen al comer.
3. Al descomponerse los organismos, las bacterias liberan sulfuro de hidrógeno ($\ce{H2S}$), que otras bacterias oxidan de nuevo a sulfatos.
4. Los volcanes y la combustión de carbón y petróleo liberan dióxido de azufre ($\ce{SO2}$) a la atmósfera; con el agua forma ácido sulfúrico, que regresa con la lluvia (lluvia ácida).

Comprueba lo aprendido

1. ¿En qué ciclo intervienen las bacterias Rhizobium?Ver respuestaOcultar respuesta

En el ciclo del nitrógeno: fijan el nitrógeno del aire en los nódulos de las raíces de las leguminosas.

2. ¿Cuál es la reserva principal del ciclo del fósforo?Ver respuestaOcultar respuesta

Las rocas y los sedimentos: es un ciclo sedimentario.

3. ¿Qué procesos devuelven el CO₂ a la atmósfera?Ver respuestaOcultar respuesta

La respiración de todos los seres vivos, la descomposición y la combustión.

Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:

Ejercicios de ecología y medio ambiente

Referencias

• González, F. y Medina, L. (1995). Ecología. McGraw-Hill.
• Curtis, H., Barnes, N. S., Schnek, A. y Massarini, A. (2008). Biología (7.ª ed.). Editorial Médica Panamericana.
• Colegio Nacional de Matemáticas. Guía práctica para el examen de ingreso a la universidad. Pearson Educación (temario de referencia).

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