Los Ciclos Biogeoquímicos se derivan
del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos
(bio) y el ambiente geológico (geo) e intervienen en un cambio químico. Son
procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde
el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbón,
oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando
los componentes vivos y no vivos de la Tierra.
Hay tres tipos de ciclos
biogeoquímicos interconectados:
En los ciclos gaseosos, los nutrientes circulan principalmente entre la
atmósfera (agua) y los organismos vivos. En la mayoría de estos ciclos los elementos
son reciclados rápidamente, con frecuencia en horas o días. Los principales
ciclos gaseosos son los del carbono, oxígeno y nitrógeno.
En los ciclos sedimentarios, los nutrientes circulan principalmente en
la corteza terrestre (suelo, rocas y sedimentos) la hidrosfera y los organismos
vivos. Los elementos en estos ciclos, generalmente reciclados mucho más
lentamente que en los ciclos atmosféricos, porque los elementos son retenidos
en las rocas sedimentarias durante largo tiempo, con frecuencia de miles a
millones de años y no tienen una fase gaseosa. El fósforo y el azufre son dos
de los 36 elementos reciclados de esta manera.
Este ciclamento de los nutrientes
desde el ambiente no vivo (depósitos en la atmósfera, la hidrosfera y la
corteza de la tierra) hasta los organismos vivos, y de regreso al ambiente no
vivo, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (literalmente, de la vida (bio)
en la tierra (geo), estos ciclos, activados directa o indirectamente por la
energía que proviene del Sol, incluyen los del carbono, oxígeno, nitrógeno,
fósforo, azufre y del agua (hidrológicos).
El planeta Tierra actúa como un
sistema cerrado en el que las cantidades de materia permanecen constantes. Sin
embargo, sí existen continuos cambios en el estado químico de la materia
produciéndose formas que van desde un simple compuesto químico a compuestos
complejos construidos a partir de esos elementos. Algunas formas de vida,
especialmente las plantas y muchos microorganismos, usan compuestos inorgánicos
como nutrientes. Los animales requieren compuestos orgánicos más complejos para
su nutrición. La vida sobre la Tierra depende del ciclo de los elementos
químicos que va desde su estado elemental pasando a compuesto inorgánico y de
ahí a compuesto orgánico para volver a su estado elemental.”
Así pues, toda la “materia prima”
necesaria para garantizar el correcto desarrollo de la vida en el planeta se encuentran
dentro de nuestra biosfera. Pero todos estos elementos, carbono, oxigeno,
nitrógeno, fósforo, azufre, etc., imprescindibles para el metabolismo de los
seres vivos, son necesarios en diferentes “formatos” según sus diferentes
consumidores. Los productores primarios utilizan directamente la materia
inorgánica para nutrirse, convirtiéndola en materia orgánica, utilizada a su
vez por los productores secundarios para su desarrollo.
Este continuo “cambio de estado de la
materia” hace que ésta deba reciclarse continuamente, con la participación
activa de organismos cuya función ecológica es, precisamente, reciclar la
materia orgánica a su forma inorgánica, para poder comenzar de nuevo su ciclo
de utilización en la naturaleza.
Por referirse a las trayectorias de
los elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente en que viven, es
decir, entre los componentes bióticos y abióticos de la biosfera estos
complejos circuitos se denominan ciclos biogeoquímicos.
Gracias a los ciclos biogeoquímicos es
posible que los elementos se encuentres disponibles para ser usados una y otra
vez por otros organismos; sin estos la vida se extinguiría.
Reciclaje de los Elementos Inorgánicos.
Dentro de la basura, los desechos
pueden clasificarse en orgánicos e inorgánicos.
En el contexto de la gestión de
residuos, el término inorgánico se
refiere a determinado tipo de basura que tarda muchísimo tiempo en degradarse.
Los desechos inorgánicos son aquellos
que expuestos a las condiciones ambientales naturales, no vuelven a integrarse
a la tierra, por centenas o miles de años.
Entre ellos se encuentra el plástico,
las toallitas higiénicas, los pañales, las bolsas plásticas, los envases de
vidrio, las latas de aluminio, el poliestireno, etc..
Los llamados desechos inorgánicos pueden provenir de elementos orgánicos como
el petróleo, o inorgánicos como la arena o los metales, su velocidad de
degradación es lo que interesa en el momento de la clasificación.
Algunos puntos de vista, consideran
que el papel y el cartón son desechos inorgánicos. Esto depende mucho del tipo
de papel, por ejemplo el cartón tarda sólo 4 semanas en degradarse, por lo que
no sería un problema incluirlo en una compostera (dispositivo donde la materia
orgánica se descompone dando lugar al
compost o abono orgánico).
Los desechos inorgánicos que no son
reciclados, pasan a alimentar vertederos, dentro de la bolsa de basura que los
contiene, aplicando el método de compactación de la basura y su enterrado como
relleno sanitario.
Ciclos Biogeoquímicos:
Los Ciclos Biogeoquímicos es un
término genérico que designa el recorrido de cualquier sustancia esencial para
la vida a través del medio ambiente físico y biológico. El ciclo de los
nutrientes es un concepto básico en la ecología. Los ciclos de nutrientes
esenciales incluyen los del carbono, el nitrógeno, el oxígeno y el agua.
Hay otros muchos elementos y
compuestos esenciales, aunque sólo sea en cantidades vestigiales.
-
Ciclo Hidrológico ó Ciclo del Agua:
El Ciclo hidrológico o Ciclo del agua
es el proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la
hidrósfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención
mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares
a otros o cambia de estado físico. El agua de la hidrósfera procede de la
desfragmentación del metano, donde tiene una presencia significativa, por los
procesos del vulcanismo. Una parte del agua puede reincorporarse al manto con
los sedimentos oceánicos de los que forma parte cuando éstos acompañan a la
litósfera. La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida,
sobre todo en los océanos y mares y en menor medida en forma de agua
subterránea o de agua superficial (en ríos y arroyos). El segundo compartimento
por su importancia es el del agua acumulada como hielo sobre todo en los
casquetes glaciares antártico y groenlandés, con una participación pequeña de
los glaciares de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y de la
banquisa. Por último, una fracción menor está presente en la atmósfera como
vapor o, en estado gaseoso, como nubes. Esta fracción atmosférica es sin
embargo muy importante para el intercambio entre compartimentos y para la
circulación horizontal del agua, de manera que se asegura un suministro
permanente a las regiones de la superficie continental alejadas de los
depósitos principales.
Fases: El ciclo del agua tiene una
interacción constante con el ecosistema ya que los seres vivos dependen de este
elemento para sobrevivir.Y a su vez ayudan al funcionamiento del mismo. Por su
parte, el ciclo hidrológico presenta cierta dependencia de una atmósfera poco
contaminada y de un grado de pureza del agua para su desarrollo convencional, y
de otra manera el ciclo se entorpecería por el cambio en los tiempos de
evaporación, condensación.
Los principales procesos implicados en
el ciclo del agua son:
Evaporación: El agua se evapora en la
superficie oceánica, sobre la superficie terrestre y también por los
organismos, en el fenómeno de la transpiración en plantas y sudoración en
animales. Los seres vivos, especialmente las plantas, contribuyen con un 10% al
agua que se incorpora a la atmósfera. En el mismo capítulo podemos situar la
sublimación, cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en la superficie
helada de los glaciares o la banquisa.
Condensación: El agua en forma de
vapor sube y se condensa formando las nubes, constituidas por agua en pequeñas
gotas.
Precipitación: Se produce cuando las
gotas de agua que forman las nubes se enfrían acelerándose la condensación y
uniéndose las gotitas de agua para formar gotas mayores que terminan por
precipitarse a la superficie terrestre en razón a su mayor peso. La precipitación
puede ser sólida (nieve o granizo) o líquida (lluvia).
Infiltración: Ocurre cuando el agua que
alcanza el suelo, penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea. La
proporción de agua que se infiltra y la que circula en superficie (escorrentía)
depende de la permeabilidad del sustrato, de la pendiente y de la cobertura
vegetal. Parte del agua infiltrada vuelve a la atmósfera por evaporación o, más
aún, por la transpiración de las plantas, que la extraen con raíces más o menos
extensas y profundas. Otra parte se incorpora a los acuíferos, niveles que contienen
agua estancada o circulante. Parte del agua subterránea alcanza la superficie
allí donde los acuíferos, por las circunstancias topográficas, intersecan (es
decir, cortan) la superficie del terreno.
Escorrentía: Este término se refiere a
los diversos medios por los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la
superficie del terreno. En los climas no excepcionalmente secos, incluidos la
mayoría de los llamados desérticos, la escorrentía es el principal agente
geológico de erosión y de transporte de sedimentos.
Circulación subterránea: Se produce a
favor de la gravedad, como la escorrentía superficial, de la que se puede
considerar una versión. Se presenta en dos modalidades:
En la zona vadosa, especialmente en
rocas karstificadas, como son a menudo las calizas, y es una circulación
siempre pendiente abajo.
En los acuíferos en forma de agua
intersticial que llena los poros de una roca permeable, de la cual puede
incluso remontar por fenómenos en los que intervienen la presión y la
capilaridad.
Fusión: Este cambio de estado se produce
cuando la nieve pasa a estado líquido al producirse el deshielo.
Solidificación: Al disminuir la
temperatura en el interior de una nube por debajo de 0° C, el vapor de agua o
el agua misma se congelan, precipitándose en forma de nieve o granizo, siendo
la principal diferencia entre los dos conceptos que en el caso de la nieve se
trata de una solidificación del agua de la nube que se presenta por lo general
a baja altura. Al irse congelando la humedad y las pequeñas gotas de agua de la
nube, se forman copos de nieve, cristales de hielo polimórficos (es decir, que
adoptan numerosas formas visibles al microscopio), mientras que en el caso del
granizo, es el ascenso rápido de las gotas de agua que forman una nube lo que
da origen a la formación de hielo, el cual va formando el granizo y aumentando
de tamaño con ese ascenso. Y cuando sobre la superficie del mar se produce una
manga de agua (especie de tornado que se produce sobre la superficie del mar cuando
está muy caldeada por el sol) este hielo se origina en el ascenso de agua por
adherencia del vapor y agua al núcleo congelado de las grandes gotas de agua.
El proceso se repite desde el inicio, consecutivamente por lo que nunca se
termina, ni se agota el agua.
- Ciclo del Carbono
El ciclo de utilización del carbono es
aquel en el que la energía fluye a través del ecosistema terrestre. 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. Parte
de este carbono pasa a formar parte de los tejidos vegetales en forma de
hidratos de carbono, grasas y proteínas; el resto 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 es liberado en forma de CO2 por la respiración,
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 es liberado en forma de CO2, que es utilizado de nuevo por las
plantas.
Intercambios Aire- Agua: A escala global, el ciclo del carbono implica
un intercambio de CO2 entre dos grandes reservas: la atmósfera y las aguas del
planeta. El CO2 atmosférico pasa al agua por difusión a través de la interfase
aire-agua. Si la concentración de CO2 en el agua es inferior a la de la
atmósfera, éste se difunde en la primera, pero si la concentración de CO2 es
mayor en el agua que en la atmósfera, la primera libera CO2 en la segunda. En
los ecosistemas acuáticos se producen intercambios adicionales. El exceso de
carbono puede combinarse con el agua para formar carbonatos y bicarbonatos. Los
carbonatos pueden precipitar y depositarse en los sedimentos del fondo. Parte
del carbono se incorpora a la biomasa (materia viva) de la vegetación forestal
y puede permanecer fuera de circulación durante cientos de años. La
descomposición incompleta de la materia orgánica en áreas húmedas tiene como
resultado la acumulación de turba. Durante el periodo carbonífero este tipo de
acumulación dio lugar a grandes depósitos de combustibles fósiles: carbón,
petróleo y gas.
Recursos totales del Carbono: Los
recursos totales de carbono, estimados en unas 49.000 gigatoneladas (1
gigatonelada es igual a 109 toneladas), se distribuyen en formas orgánicas e
inorgánicas. El carbón fósil representa un 22% del total. Los océanos contienen
un 71% del carbono del planeta, fundamentalmente en forma de iones carbonato y
bicarbonato. Un 3% adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y el
fitoplancton. Los ecosistemas terrestres, en los que los bosques constituyen la
principal reserva, contienen cerca de un 3% del carbono total. El 1% restante
se encuentra en la atmósfera, circulante, y es utilizado en la fotosíntesis
- Ciclo del Nitrógeno
Es un proceso cíclico natural en el curso
del cual el nitrógeno se incorpora al suelo y pasa a formar parte de los
organismos vivos antes de regresar a la atmósfera. El nitrógeno, una parte
esencial de los aminoácidos, es un elemento básico de la vida. Se encuentra en
una proporción del 79% en la atmósfera, pero el nitrógeno gaseoso debe ser
transformado en una forma químicamente utilizable antes de poder ser usado por
los organismos vivos. Esto se logra a través del ciclo del nitrógeno, en el que
el nitrógeno gaseoso es transformado en amoníaco o nitratos. La energía
aportada por los rayos solares y la radiación cósmica sirven para combinar el
nitrógeno y el oxígeno gaseosos en nitratos, que son arrastrados a la
superficie terrestre por las precipitaciones. La fijación biológica, responsable de la mayor parte del proceso de conversión
del nitrógeno, se produce por la acción de bacterias libres fijadoras del
nitrógeno, bacterias simbióticas que viven en las raíces de las plantas (sobre
todo leguminosas y alisos), cianobacterias, ciertos líquenes y epifitas de los
bosques tropicales.
El nitrógeno fijado en forma de
amoníaco y nitratos es absorbido directamente por las plantas e incorporado a
sus tejidos en forma de proteínas vegetales. Después, el nitrógeno recorre la
cadena alimentaria desde las plantas a los herbívoros, y de estos a los
carnívoros. Cuando las plantas y los animales mueren, los compuestos
nitrogenados se descomponen produciendo amoníaco, un proceso llamado
amonificación. Parte de este amoníaco es recuperado por las plantas; el resto
se disuelve en el agua o permanece en el suelo, donde los microorganismos lo
convierten en nitratos o nitritos en un proceso llamado nitrificación. Los
nitratos pueden almacenarse en el humus en descomposición o desaparecer del
suelo por lixiviación, siendo arrastrado a los arroyos y los lagos. Otra
posibilidad es convertirse en nitrógeno mediante la desnitrificación y volver a
la atmósfera.
En los sistemas naturales, el
nitrógeno que se pierde por desnitrificación, lixiviación, erosión y procesos
similares es reemplazado por el proceso de fijación y otras fuentes de
nitrógeno. La interferencia antrópica (humana) en el ciclo del nitrógeno puede,
no obstante, hacer que haya menos nitrógeno en el ciclo, o que se produzca una
sobrecarga en el sistema. Por ejemplo, los cultivos intensivos, su recogida y
la tala de bosques han causado un descenso del contenido de nitrógeno en el
suelo (algunas de las pérdidas en los territorios agrícolas sólo pueden
restituirse por medio de fertilizantes nitrogenados artificiales, que suponen
un gran gasto energético). Por otra parte, la lixiviación del nitrógeno de las
tierras de cultivo demasiado fertilizadas, la tala indiscriminada de bosques,
los residuos animales y las aguas residuales han añadido demasiado nitrógeno a
los ecosistemas acuáticos, produciendo un descenso en la calidad del agua y
estimulando un crecimiento excesivo de las algas. Además, el dióxido de
nitrógeno vertido en la atmósfera por los escapes de los automóviles y las
centrales térmicas se descompone y reacciona con otros contaminantes
atmosféricos dando origen al smog fotoquímico.- Ciclo del Oxígeno
El ciclo del oxígeno es complejo, una vez que
ese elemento es utilizado y liberado por los seres vivos en diferentes formas
de combinación química. El principal reservorio de oxigeno para los seres vivos
es la atmósfera, donde ese elemento se encuentra en la forma de gas oxigeno
(O2) y de gas carbono (CO2).
El CO2 es utilizado en la respiración
aeróbica de las plantas y animales. En este proceso, átomos de oxigeno se
combinan con átomos de hidrógeno, formando moléculas de agua. El agua formada
en la respiración, llamada como agua metabólica es, en parte eliminada para el
ambiente a través de la transpiración, de excreción y de heces y en parte
utilizada en procesos metabólicos.De esa forma, sus átomos de oxígeno acaban
incorporados a la materia orgánica y pueden volver a la atmósfera por la
respiración y por la descomposición del organismo, que producen agua y gas
carbono. El CO2 atmosférico es utilizado en el proceso de fotosíntesis. Los
carbonos y los oxigenados presentes en el gas carbono pasan a formar parte de
la materia orgánica del vegetal y tanto la respiración como la descomposición
de esa materia orgánica restituirán el oxígeno a la atmósfera en forma de agua
y gas carbono. El agua utilizada por las plantas en la fotosíntesis es rota y
sus átomos de oxigeno son liberados para la atmósfera en la forma de O2.
Las tres principales fuentes no vivas
de átomos de oxigeno para los seres vivos son por tanto, gas, oxígeno (O2), gas
carbono (CO2) y agua (H2O). Esos tres tipos de moléculas están constantemente
intercambiando átomos de oxigeno entre si, durante los procesos metabólicos de
la biosfera. La biosfera comprende las porciones de tierra, mar y aguas
continentales habitadas por los seres vivos. No coincide con la atmósfera, la
litósfera o la hidrosfera aisladamente pues abarca a las tres.
Excelente artículo, aquí hay un complemento de información Más información de los Ciclos Biogeoquímicos
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