ciclos biogeoquÍmicos

ORIGEN Y DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMENTOS

describen la distribución y transporte de

materiales

controlan el recambio y

transformación de los materiales

en los ambientes terrestres, acuáticos y

atmosféricos.

constituyen un sistema regulador de la hidrosfera y

la biosfera.

describen los movimientos y las

interacciones de los elementos químicos

esenciales

a través de procesos físicos,

químicos y biológicos.

EL FLUJO DE ENERGÍA en el ecosistema es

ABIERTO, puesto que, al ser utilizada en el seno de los niveles tróficos

para el mantenimiento de las funciones propias de

los seres vivos, se degrada y disipa en

forma de calor (respiración).

En cambio, EL FLUJO DE MATERIA es, en gran medida, CERRADO ya que los nutrientes son reciclados cuando la materia orgánica del

suelo (restos, deyecciones,...) es

transformada por los descomponedores en moléculas orgánicas o inorgánicas que, bien son nuevos nutrientes o bien se incorporan a

nuevas cadenas tróficas.

El ciclo del carbono es un ciclo biogeoquímico

por el cual el carbono se intercambia entre la

biosfera, la litosfera, la hidrosfera y la

atmósfera de la Tierra.

Los conocimientos sobre esta circulación de

carbono posibilitan apreciar la intervención

humana en el clima y sus efectos sobre el

cambio climático.

El carbono (C) es el cuarto elemento más abundante

en el Universo, después del hidrógeno, el helio y el

oxígeno (O).

Es el pilar de la vida que conocemos. Existen

básicamente dos formas de carbono: orgánica

(presente en los organismos vivos y muertos, y en los

descompuestos) y otra inorgánica, presente en las

rocas.

En el planeta Tierra, el carbono circula a

través de los océanos, de la atmósfera y

de la superficie y el interior terrestre, en

un gran ciclo biogeoquímico.

Este ciclo puede ser dividido en dos: EL

CICLO LENTO O GEOLÓGICO y el

CICLO RÁPIDO O BIOLÓGICO.

Suele considerarse que este ciclo está constituido por

cuatro reservorios principales de carbono

interconectados por rutas de intercambio.

Los reservorios son la atmósfera, la biosfera terrestre

(que, por lo general, incluye sistemas de agua dulce y

material orgánico no vivo, como el carbono del suelo),

los océanos (que incluye el carbono inorgánico

disuelto, los organismos marítimos y la materia no

viva), y los sedimentos (que incluye los combustibles

fósiles).

Los movimientos anuales de carbono

entre reservorios ocurren debido a varios

procesos químicos, físicos, geológicos y

biológicos. El océano contiene el fondo

activo más grande de carbono cerca de

la superficie de la Tierra, pero la parte

del océano profundo no se intercambia

rápidamente con la atmósfera.

El nitrógeno forma parte de ácidos nucleicos o proteínas.

Reservorio: Atmósfera (N2 gaseoso, muy estable químicamente).

También se encuentra en el humus orgánico y en las rocas

sedimentarias.

Las reservas más activas de este elemento son los compuestos

inorgánicos, como amonio, nitritos y nitratos, que son solubles en

agua.

Las actividades biológicas fundamentales en el ciclo del nitrógeno

comprenden la

Ciclo del Nitrógeno Nitrógeno

Componente esencial de las

proteínas y de la atmósfera

Estado gaseoso(N2)

Debe fijarse para su utilización

Acción química de

alta energía Biológico

Bacterias

fijadoras de

nitrógeno

Radiación cósmica

Relámpagos y rayos

El nitrógeno es el nutriente edáfico

requerido en mayor cantidad por las

plantas. En su forma más abundante, es el

gas principal de la atmósfera (N2).

Gracias a la actividad de algunos

microorganismos y a las tormentas, algo

del nitrógeno puede transformarse en

compuestos utilizables por las plantas que

los absorben del suelo.

Aquí se representan las etapas de su ciclo

en la naturaleza.

Las bacterias pueden vivir libres utilizando

como alimento la materia orgánica en

descomposición o bien, algunas de ellas,

pueden vivir dentro de las células de las

raíces de algunas plantas, que adquieren

de esta manera, indirectamente, la

posibilidad de fijar el nitrógeno

atmosférico.

En la figura se muestra la forma que adquieren las

raíces de las leguminosas cuando están infectadas por

bacterias fijadoras de nitrógeno.

Las raíces de las leguminosas con frecuencia están

asociadas con bacterias capaces de transformar al

nitrógeno de su forma gaseosa a compuestos

asimilables por las plantas. Esta posibilidad tiene gran

importancia en la naturaleza y para la vida del hombre.

Ciclo del Fósforo Completamente sedimentario

Reservorios en rocas y depósitos naturales de

fosfatos

Desconocido en la atmósfera

•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.

• Muy abundante en la corteza terrestre. Se encuentra como:

azufre elemental, sulfuros minerales, sulfatos, H2S en el gas natural

y como azufre orgánico en aceites combustibles y carbón

•El ciclo biogeoquímico del azufre es bastante complejo por los

diferentes estados de oxidación que presenta dicho elemento y

porque algunas transformaciones del azufre se dan por vías

bióticas y abióticas

Aunque, el azufre existe en varios estados de oxidación, sólo

compuestos sulfurados con número de oxidación: -2 [H2S, FeS, R-

SH, H3C-S-CH3], 0 [S°] y +6 [SO4=] se encuentran en cantidades

significativas en la naturaleza.

CICLO DEL AZUFRE…

• Depósitos más abundantes: en sedimentos y rocas en forma de minerales sulfatados (principalmente el yeso, CaSO4 y la pirita de hierro, FeS2)

• Fuente primaria: para la biosfera se encuentra en los océanos en forma de sulfato inorgánico.

CICLO DEL AZUFRE

• El sulfato (SO4=): mucho más abundante en agua de mar que en agua dulce

• Los lagos ácidos y los lagos con una alta tasa de mineralización, en cuencas cerradas, pueden contener altas concentraciones de sulfato.

• Parte del sulfato presente en agua dulce se origina de la mineralización de rocas en la cuenca de los lagos.

• La mayoría del sulfato se deriva del agua de lluvia. El sulfato es el segundo anión de mayor abundancia en agua de lluvia, despues del bicarbonato.

• El sulfato presente en el agua de lluvia se deriva probablemente del azufre presente en el aire en forma de dióxido de azufre (SO2).

• Fuentes: (1) emanaciones gaseosas de origen industrial y (2) origen biogénico y geológico (ej. Emanaciones volcánicas y depósitos de gas natural).

• El sulfuro de hidrogeno (H2S) liberado a la atmósfera es oxidado espontáneamente a SO2 por oxígeno atómico, oxígeno molecular o por ozono.

Sulfato…

• El SO2 puede a su vez disolverse en agua para formar ácido sulfuroso (H2SO3) o bien puede continuar su oxidación hasta trióxido de azufre (SO3).

• Una vez se disuelve en agua, el trióxido de azufre se convierte en ácido sulfúrico.

• Una porción del ácido sulfúrico y del ácido sulfuroso producidos por transformaciones abióticas es neutralizado por pequeñas cantidades de amoniaco que existen en la atmósfera.

• Una porción substancial de ambos ácidos regresa a la superficie terrestre en forma de lluvia ácida.

Sulfato…

• En zonas anaerobias de cuerpos de agua dulce donde hay buena penetración de luz pueden crecer bacterias fotosintéticas.

• Estas utilizan H2S como donante de electrones produciendo gránulos de azufre intracelurares o extracelulares.

• El H2S también es generado a través de procesos de putrefacción y desulfurilación de compuestos organosulfurados.

• Las emanaciones volcánicas y los depósitos de gas natural representan fuentes menores del H2S.

• En plantas que se desarrollan en suelos anegados (pantanos,

ciénagas, humedales) (ej. arroz), el H2S que se produce por

descomposición de organosulfurados o por la actividad de

bacterias reductora de sulfato puede ser letal para el desarrollo

de estas plantas.

• Muchas de estas plantas logran sobrevivir en dicho ambiente

gracias a su asociación simbiótica con bacterias que oxidan H2S

• Elemento abundante en la corteza terrestre, esencial para los organismos vivos.

• El hierro se encuentra en dos estados de oxidación en la naturaleza: el ión férrico (Fe3+, la forma oxidada) y el ión ferroso (Fe2+, la forma reducida).

• La solubilidad del hierro en agua es favorecida por la prevalencia de condiciones acídicas y reductivas.

•La mayoría de los compuestos ferrosos son solubles, con la excepción del sulfuro ferroso (FeS).

• Bajo condiciones oxidantes y alcalinas se favorece la oxidación del ión ferroso al ión férrico. Esto ocasiona la precipitación del hierro (compuestos férricos son insolubles en agua).

• Sólo se encuentra hierro soluble (el ión ferroso) en aguas neutrales o ácidas, con una concentración baja de oxígeno disuelto

• En corrientes contaminadas con desechos ácidos, provenientes de los efluentes de minas de carbón, se observa el efecto que tienen el cambio en pH y en la concentración de oxígeno disuelto sobre la solubilidad del hierro.

El agua permanece en

constante movimiento

• El vapor de agua de la atmósfera se

condensa y cae sobre continentes y océanos

en forma de lluvia o nieve.

• El agua que cae en los continentes va

descendiendo de las montañas en ríos, o se

infiltra en el terreno acumulándose en forma

de aguas subterráneas

• Gran parte de las aguas continentales acaban

en los océanos, o son evaporadas o

transpiradas por las plantas volviendo de nuevo

de nuevo a la atmósfera.

• También de los mares y océanos está

evaporándose agua constantemente.

• La energía del sol mantiene este ciclo en

funcionamiento continuo.