Ciclo
del Nitrógeno
Los seres vivos requieren átomos de nitrógeno para la
síntesis de moléculas orgánicas esenciales como las proteínas, los ácidos
nucleicos, el ADN, por lo tanto es otro elemento indispensable para el
desarrollo de los seres vivos .El aire de la atmósfera contiene un 78% de
nitrógeno, por lo tanto la atmósfera es un reservorio de este compuesto. A
pesar de su abundancia, pocos son los organismos capaces de absorberlo
directamente para utilizarlo en sus procesos vitales. Por ejemplo las plantas
para sintetizar proteínas necesitan el nitrógeno en su forma fijada, es decir
incorporado en compuestos. Fijación del Nitrógeno: tres procesos desempeñan un
papel importante en la fijación del nitrógeno en la biósfera. Uno de estos es
el relámpago. La energía contenida en un relámpago rompe las moléculas de
nitrógeno y permite que se combine con el oxígeno del aire.
Mediante un proceso industrial se fija el nitrógeno, en
este proceso el hidrógeno y el nitrógeno reaccionan para formar amoniaco, NH3.
Dicho proceso es utilizado por ejemplo para la fabricación de fertilizantes.
Las bacterias nitrificantes son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico que
utilizan las plantas para llevar a cabo sus funciones. También algunas algas verde-azules
son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico.
Descomposición: los animales obtienen nitrógeno al
ingerir vegetales, en forma de proteínas. En cada nivel trófico se libera al
ambiente nitrógeno en forma de excreciones, que son utilizadas por los
organismos descomponedores para realizar sus funciones vitales.
Nitrificación: es la transformación del amoniaco a
nitrito, y luego a nitrato. Esto ocurre por la intervención de bacterias del
género nitrosomonas, que oxidan el NH3 a NO2-. Los nitritos son oxidados a
nitratos NO3- mediante bacterias del género nitrobacter.
Desnitrificación: en este proceso los nitratos son
reducidos a nitrógeno, el cual se incorpora nuevamente a la atmósfera, este
proceso se produce por la acción catabólica de los organismos, estos viven en
ambientes con escasez de oxígeno como sedimentos, suelos profundos, etc. Las
bacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxígeno como aceptor final de
los electrones que se desprenden durante la respiración. De esta manera el ciclo
se cierra.
Ciclo
del Fósforo
La proporción de fósforo en la materia viva es
relativamente pequeña, el papel que desempeña es vital. Es componente de los
ácidos nucleicos como el ADN, muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis
y en la respiración celular están combinadas con el fósforo, y los átomos de
fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido
de energía del ATP, se encuentra también en los huesos y los dientes de
animales, incluyendo al ser humano. La mayor reserva de fósforo está en la
corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas.
De las rocas se libera fósforo y en el suelo, donde es
utilizado por las plantas para realizar sus funciones vitales. Los animales
obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan
ingerido. En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se
libera en forma de ortofosfatos (PO4H2) que pueden ser utilizados directamente
por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la
lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos.
El ciclo del fósforo difiere con respecto al del carbono,
nitrógeno y azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos
volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí
retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el
reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. Uno es
mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las
cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus
excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del
levantamiento geológico de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un
proceso medido en miles de años. El hombre también moviliza el fósforo cuando
explota rocas que contienen fosfato.
Ciclo
del azufre
El azufre es un nutriente secundario requerido por
plantas y animales para realizar diversas funciones, además el azufre está
presente en prácticamente todas las proteínas y de esta manera es un elemento
absolutamente esencial para todos los seres vivos. El azufre circula a través
de la biósfera de la siguiente manera, por una parte se comprende el paso desde
el suelo o bien desde el agua, si hablamos de un sistema acuático, a las
plantas, a los animales y regresa nuevamente al suelo o al agua. Algunos de los
compuestos sulfúricos presentes en la tierra son llevados al mar por los ríos.
Este azufre es devuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en
convertirlo en compuestos gaseosos tales como el ácido sulfhídrico (H2S) y el
dióxido de azufre (SO2). Estos penetran en la atmósfera y vuelven a tierra
firme. Generalmente son lavados por las lluvias, aunque parte del dióxido de
azufre puede ser directamente absorbido por las plantas desde la atmósfera.
Las bacterias desempeñan un papel crucial en el reciclaje
del azufre. Cuando está presente en el aire, la descomposición de los
compuestos del azufre (incluyendo la descomposición de las proteínas) produce
sulfato (SO4=). Bajo condiciones anaeróbicas, el ácido sulfúrico (gas de olor a
huevos en putrefacción) y el sulfuro de dimetilo (CH3SCH3) son los productos
principales. Cuando estos últimos gases llegan a la atmósfera, son oxidados y
se convierten en bióxido de azufre. La oxidación posterior del bióxido de
azufre y su disolución en el agua de lluvia produce ácido sulfhídrico y sulfatos,
formas principalmente bajo las cuales regresa el azufre a los ecosistemas
terrestres. El carbón mineral y el petróleo contienen también azufre y su
combustión libera bióxido de azufre a la atmósfera. Como resumen podemos decir
que durante el ciclo del azufre los principales eventos son los siguientes:
El azufre, como sulfato, es aprovechado e incorporado por
los vegetales para realizar sus funciones vitales.
Los consumidores primarios adquieren el azufre cuando se
alimentan de estas plantas.
El azufre puede llegar a la atmósfera como sulfuro de
hidrógeno (H2S) o dióxido de azufre (SO2), ambos gases provenientes de volcanes
activos y por la descomposición de la materia orgánica.
Cuando en la atmósfera se combinan compuestos del azufre
con el agua, se forma ácido sulfúrico (H2SO4) y al precipitarse lo hace como
lluvia ácida.
Ciclo
del Carbono
Un 18% de la materia orgánica viva está constituida por
carbono, la capacidad de dichos átomos de unirse unos con otros proporciona la
base de la diversidad molecular así como el tamaño molecular. Por tanto el
carbono es un elemento esencial en todos los seres vivientes.
A parte de la materia orgánica, el carbono se combina con
el oxígeno para formar monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2),
también forma sales como el carbonato de sodio (Na2CO3), carbonato cálcico (en
rocas carbonatadas, como calizas y estructuras de corales).
Los organismos productores terrestres obtienen el dióxido
de carbono de la atmósfera durante el proceso de la fotosíntesis para
transformarlo en compuestos orgánicos como la glucosa, y los productores
acuáticos lo utilizan disuelto en el agua en forma de bicarbonato (HCO3-).
Los consumidores se alimentan de las plantas, así el
carbono pasa a formar parte de ellos, en forma de proteínas, grasas, hidratos
de carbono, etc.
En el proceso de la respiración aeróbica, se utiliza la
glucosa como combustible y es degradada, liberándose el carbono en forma de CO2
a la atmósfera. Por tanto en cada nivel trófico de la cadena alimentaria, el
carbono regresa a la atmósfera o al agua como resultado de la respiración.
Los desechos del metabolismo de las plantas y animales,
así como los restos de organismos muertos, se descomponen por la acción de
ciertos hongos y bacterias, durante dicho proceso de descomposición también se
desprende CO2.
Las erupciones volcánicas son una fuente de carbono,
durante dichos procesos el carbono de la corteza terrestre que forma parte de
las rocas y minerales es liberado a la atmósfera.
En capas profundas de la corteza continental así como en
la corteza oceánica el carbono contribuye a la formación de combustibles
fósiles, como es el caso del petróleo. Este compuesto se ha formado por la
acumulación de restos de organismos que vivieron hace miles de años.
Ciclo
del potasio
El potasio (K) es un elemento esencial para las plantas,
los animales y los humanos porque interviene en procesos de la fotosíntesis, en
procesos químicos dentro de las células, y contribuye en mantener el agua en las
células. Es por esto que el potasio, junto con el nitrógeno y el fósforo, son
elementos esenciales para los seres vivos.
El ciclo del potasio consiste en los siguientes pasos:
El potasio se encuentra en forma natural en el suelo,
especialmente en los suelos ricos en arcillas, que contienen hasta un 3%. En
los suelos pantanosos y los pobres en arcilla el contenido de compuestos de
potasio es menor y puede ser deficitario, originando problemas en los cultivos.
Los compuestos de potasio del suelo son lavados
(lixiviados) con facilidad en las zonas de altas precipitaciones y, en
consecuencia, deben ser restituidos a los campos por fertilización, añadiendo
cloruro de potasio o sulfato de potasio. Ciertos cultivos (alfalfa, zanahorias,
pepinos y coles) son muy exigentes en potasio y no prosperan en suelos pobres
en dicho elemento.
La deficiencia de potasio en las plantas se detecta
porque éstas tienen apariencia decaída o marchita, ya que la falta de potasio
favorece la pérdida de agua en las células.
En la agricultura moderna se aplican compuestos de
potasio a los suelos para aumentar la productividad. Los fertilizantes más
utilizados siempre contienen potasio. Sin embargo, la cantidad aplicada debe
determinarse previo análisis del potasio existente en el suelo, de lo contrario
puede existir en exceso y producir efectos tóxicos en los suelos y en las aguas
cuando llega a ellos por el lavado o las aguas subterráneas.
Ciclo
del calcio
El ciclo de calcio es un ciclo sedimentario, sin fase
gaseosa, se encuentra muy relacionado con los siglos del fósforo y del carbono.
En la tierra se acumulan unos 7 x 1015 millones de toneladas de calcio, de los
cuales 1013 toneladas están en la materia viva y 6x108 se depositan anualmente
como carbonato en los fondos oceánicos. Esta acumulación de material cacareo no
implica la falta de calcio ionizado en el agua del mar, lo que explica los
depósitos de yeso en muchas lagunas litorales.
El calcio es desplazado de sus combinaciones con cierta
facilidad por otros metales Fe, Mg, Zn, Mn. El Fe y el Mn se oxidan y liberan
CO2. Cuando una precipitación aporta agua de lluvia cargada de CO2, el gas
transforma el carbonato insoluble en bicarbonato muy soluble, con lo que se
libera el calcio aparentemente bloqueado. Las aguas subterráneas suelen ser así
ricas en bicarbonato cálcico, y cuando afloran transforman el compuesto a
material soluble, que se deposita. El suelo
calizo tiene su propia vegetación
y unas características generales que todos conocemos.
No todos los elementos químicos tienen la misma movilidad
a través del ecosistema. Algunos se desplazan muy poco, mientras que otros
viajan prácticamente alrededor de todo el planeta. Esto ha permitido distinguir
dos tipos de ciclos biogeoquímicos:
Ciclos sedimentarios, también conocidos como ciclos
locales, en los que intervienen
elementos que no pueden moverse a través de la atmósfera sino que se acumulan
principalmente en el suelo. Este es caso del calcio, fósforo y el potasio,
entre otros.
Ciclos atmosféricos, también conocidos como ciclos
gaseosos o globales, en los que participan elementos y compuestos que, en
estado gaseoso, se mueven por todo el planeta gracias a las corrientes de aire
en la atmósfera El agua, carbono y el nitrógeno se mueven en estos ciclos.
La dinámica del calcio es muy similar a la del potasio,
se diferencia únicamente en que no presenta calcio fijado. Los procesos de
meteorización de minerales cálcicos especialmente anfíboles y piroxenas llevan
a la liberación de Ca estructural. El Ca en la solución del suelo se encuentra
en equilibrio con el Ca intercambiable, la magnitud de ambas formas varia
constantemente a través de la absorción de Ca por las plantas y las pérdidas
por percolación. Encontrándose el Ca en cantidades mayores en el complejo de
cambio y en la solución del suelo. El calcio predomina generalmente entre las
bases cambiables en la cubierta iónica del complejo coloidal del suelo. El
contenido en Ca cambiable depende del material parental y del grado de
evolución de los suelos. A través de la meteorización y del lavado del Ca este
elemento disminuye bastante en los suelos.
Existen reservas de esta sustancia en la roca calcárea.
Es absorbido del suelo por las plantas; la lluvia puede lavar algo de ese
calcio; los insectos y en general los herbívoros lo obtienen de las plantas;
llega a los pájaros por los insectos; cuando los animales y los pájaros mueren,
el calcio regresa a la tierra por la descomposición natural y la
mineralización; los carnívoros lo obtienen al comer los huesos de sus presas;
el hombre lo ingiere por los productos lácteos, legumbres y frutas. En el mar,
el fitoplancton absorbe mucho calcio que pasa luego al zooplancton, a los
peces, al hombre y a las aves marinas; una vez muertos los seres marinos, se
forman los enormes depósitos calcáreos los que, por la evolución geológica,
emergerán al cabo de millones de años.
