Ciclo biogeoquímico

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COLEGIO DE LA COMPAÑÍA DE MARÍA
ÁREA DE CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL
CIENCIAS NATURALES GRADO OCTAVO
UNIDAD 3
CICLOS BIOGEOQUIMICOS
Se denomina ciclo biogeoquímico a la transferencia continua de cantidades masivas de: sodio,
nitrógeno, calcio, hidrógeno, oxígeno, carbono, azufre, fósforo, potasio, entre otros elementos,
este traspaso se da los
seres vivos y el ambiente
(atmósfera, biomasa y
sistemas acuáticos) por
medio de una serie de
procesos de fabricación y
descomposición. En la
biosfera la materia es
limitada de manera que su
reciclaje es un punto
significativo en el
mantenimiento de la vida
en la Tierra; de otro modo,
los nutrientes se agotarían
y la vida desaparecería.
Se conocen dos tipos principales de ciclos biogeoquímicos, el gaseoso y el sedimentario. En el
tipo gaseoso, la principal área de almacenamiento de un elemento es la atmósfera terrestre,
donde existe en forma de gas. El carbono y el nitrógeno tienen un ciclo gaseoso. En tales ciclos,
la abundancia o la distribución de sus elementos presentan pocos cambios o ninguno.
La corteza terrestre es la principal área de almacenamiento de los elementos del segundo tipo
de ciclo, el ciclo sedimentario. El fósforo y el azufre tienen ciclos sedimentarios. En estos ciclos
puede variar la abundancia y la distribución de un elemento, por ejemplo, cuando grandes
cantidades de fósforo se depositan en el fondo del océano y permanecen allí durante millones de
años. Gran parte de la investigación ecológica apunta ahora al logro de un mejor entendimiento
de los ciclos biogeoquímicos. La vida no puede existir sin energía solar; tampoco puede existir
sin
el
ciclaje
de
elementos
provenientes de la tierra, el agua y el
aire.
CICLO DEL CARBONO
Es la sucesión de transformaciones que
sufre el carbono a lo largo del tiempo.
Es un ciclo biogeoquímico de gran
importancia para la regulación del
clima de la Tierra, y en él se ven
implicadas actividades básicas para el
sostenimiento de la vida. El ciclo
comprende dos ciclos que se suceden a
distintas velocidades:
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Ciclo biológico: comprende los intercambios de carbono (CO2) entre los seres vivos y la
atmósfera, es decir, la fotosíntesis, proceso mediante el cual el carbono queda retenido en las
plantas y la respiración que lo devuelve a la atmósfera.
Ciclo biogeoquímico: regula la transferencia de carbono entre la atmósfera y la litosfera
(océanos y suelo). El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua, formando ácido
carbónico que ataca los silicatos que constituyen las rocas, resultando iones bicarbonato. Estos
iones disueltos en agua alcanzan el mar, son asimilados por los animales para formar sus
tejidos, y tras su muerte se depositan en los sedimentos. El retorno a la atmósfera se produce
en las erupciones volcánicas tras la fusión de las rocas que lo contienen. Este último ciclo es de
larga duración, al verse implicados los mecanismos geológicos. Además, hay ocasiones en las
que la materia orgánica queda sepultada sin contacto con el oxígeno que la descomponga,
produciéndose así la fermentación que lo transforma en carbón, petróleo y gas natural.
CICLO DEL NITRÓGENO
La reserva principal de nitrógeno es la atmósfera (el nitrógeno representa el 78 % de los gases
atmosféricos). La mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno elemental de la
atmósfera para elaborar aminoácidos ni otros compuestos nitrogenados, de modo que dependen
del nitrógeno que existe en las sales minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la abundancia
de nitrógeno en la biosfera, muchas veces el factor principal que limita el crecimiento vegetal es
la escasez de nitrógeno en el suelo. El proceso por el cual esta cantidad limitada de nitrógeno
circula sin cesar por el mundo de
los organismos vivos se conoce
como ciclo del nitrógeno.
Amonificación. Gran parte del
nitrógeno del suelo proviene de la
descomposición de la materia
orgánica. Estos compuestos suelen
ser degradados a compuestos
simples por los organismos que
viven en el suelo (bacterias y
hongos). Estos microorganismos
utilizan
las
proteínas
y
aminoácidos
para
formar
las
proteínas que necesitan y liberar el
exceso
de
nitrógeno
como
amoníaco (NH3) o amonio (NH+4).
Nitrificación. Algunas bacterias
comunes en los suelos oxidan el
amoníaco o el amonio. En ella se
libera energía, que es utilizada por
las
bacterias
como
fuente
energética. Un grupo de bacterias
oxida el amoníaco (o amonio) a
nitrito (NO-2).
Otras bacterias
oxidan el nitrito a nitrato, que es la
forma en que la mayor parte del
nitrógeno pasa del suelo a las
raíces.
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Asimilación. Una vez que el nitrato está dentro de la célula de la planta, se reduce de nuevo a
amonio. Este proceso se denomina asimilación y requiere energía. Los iones de amonio así
formados se transfieren a compuestos que contienen carbono para producir aminoácidos y otras
moléculas orgánicas nitrogenadas que la planta necesita.
Los compuestos nitrogenados de las plantas terrestres vuelven al suelo cuando mueren las
plantas o los animales que las han consumido; así, de nuevo, vuelven a ser captados por las
raíces como nitrato disuelto en el agua del suelo y se vuelven a convertir en compuestos
orgánicos.
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
biosfera 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.
El azufre es uno de los más destacados constituyentes de los aminoácidos. El azufre es captado
en forma de sustratos desde las raíces (en superficies terrestres) y por medio de la pared celular
(en medios acuáticos) por las plantas (terrestres y acuáticas), las que pasan a ser alimentos de
los animales. Tras la muerte de estos, el azufre retorna al suelo induciendo un nuevo ciclo del
azufre.
En la atmósfera los óxidos de nitrógeno y azufre son convertidos en ácido nítrico y sulfúrico que
vuelven a la tierra con las precipitaciones de lluvia o nieve (lluvia ácida). Otras veces, aunque no
llueva, van cayendo partículas sólidas con moléculas de ácido adheridas (deposición seca).
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.
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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 FÓSFORO
El ciclo del fósforo es un ejemplo de un ciclo sedimentario cuya principal área de
almacenamiento del elemento se encuentra en la corteza terrestre y en los sedimentos marinos.
Otros elementos que presentan ciclos muy similares son el calcio, el hierro, el potasio, el
manganeso, el sodio y el azufre. Algunos de estos elementos sólo existen en cantidades
microscópicas dentro de los organismos vivientes, pero sin embargo son vitales para el
crecimiento y el desarrollo normales. Por ejemplo no se pueden elaborar proteínas sin fósforo y
azufre. El fósforo participa activamente en las relaciones energéticas que ocurren al interior de
los organismos, forma parte de los
fosfolípidos
de
las
membranas
celulares e integra las materias primas
de huesos y dientes de los seres vivos.
El fósforo constituye 1% de la masa
total del cuerpo, nuestros dientes y
huesos están formados básicamente
por Ca3(PO4)2 (fosfato de calcio)
Desde el punto de vista ecológico, el
fósforo es uno de los minerles más
importantes, pero es también uno de
los que tienen mayores probabilidades
de escasear. La falta de fósforo
produce una disminución de la
productividad de los vegetales y esto
afecta, a su vez, a la vida animal. El
fósforo
proviene
de
las
rocas
fosfatadas que se desintegran y
desgastan lentamente por la acción de
las gotas de agua, los cristales de hielo, el viento, los rayos solares y las raíces de las plantas
dejando en libertad el mineral que se convierte en una sal en solución, sea en el agua del suelo.
Las corrientes marinas que ascienden desde las profundidades del océano llevan a la superficie
cierta cantidad de fósforo, que es absorbido rápidamente por el fitoplancton y se desplaza a lo
largo de las redes alimentarias oceánicas. Parte de este fósforo vuelve a la tierra a través de la
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pesca marina. Otra parte proviene del guano (deyecciones) de aves que se alimentan de peces,
el cual es rico en fósforo y en nitrógeno. El guano es uno de los recursos naturales más
importantes del Perú, gracias a las corrientes ascendentes próximas a la costa peruana que
llevan el fósforo y otros nutrimentos hacia la superficie. Los nutrimentos son absorbidos por el
fitoplancton, el cual sirve de alimento a diminutos crustáceos, que a su vez nutren a peces
llamados anchoas, de los cuales se alimentan cuervos marinos denominados cormoranes. Estas
aves anidan en grandes cantidades en las islas y sus deposiciones se recogen y se venden como
ingrediente de fertilizantes.
La mayor parte del fósforo utilizado en los fertilizantes se extrae de rocas fosfatadas. La reserva
de rocas fosfatadas que se usan para la preparación de fertilizantes puede durar aún muchos
años, pero no es ilimitada; llegará el día en que el hombre tendrá que encontrar un medio de
recuperar el fósforo que se halla en las profundidades del océano. El hombre también moviliza
el fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato. La proporción de fósforo en la materia
viva es relativamente pequeña, pero 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. El fósforo como abono es el recurso limitante
de la agricultura. Ya que este recurso no tiene reserva en la atmósfera, su extracción se ve
limitada a los yacimientos terrestres (El mayor en Marruecos) y la gráfica de su producción
mundial se parece a la de una extracción petrolera, en forma de campana. Con el uso actual se
proyecta que se estará agotando por el 2050.
"Si acaso podremos reemplazar el carbón con energía nuclear, la madera con plásticos, la carne con levaduras y
el aislamiento con la amabilidad; pero no hay sustituto ni reemplazo alguno para el fósforo"
ACTIVIDAD:
1. En tu cuaderno realiza una tabla
parecida a la que encuentras a
continuación
con
los
demás
elementos estudiados en esta ficha.
2. Reflexiona y escribe tu opinión
acerca del efecto que tiene la
deforestación en los diferentes
ciclos biogeoquímicos.
Listado de alimentos para una dieta rica en Fósforo
Grupo de alimentos
Alimento
Cereales y derivados
Avena, harina de trigo, pan integral, arroz
blanco e integral, pasta.
Verduras y hortalizas
Guisantes, alcachofa, champiñón, col,
brotes de soja, perejil.
Legumbres
Soja en grano, lentejas, judías, habas,
garbanzos.
Frutas
Uva pasa, ciruela seca, higos secos, dátil
seco, coco.
Frutos secos
Pistacho, almendra, cacahuete, nueces,
piñones, almendra, avellanas, castañas.
Lácteos y derivados
Todos los quesos, leche en polvo.
Carnes, caza y embutidos
Hígado, pavo, pato, caballo, buey, lomo
Pescados, mariscos y crustáceos
Huevos
embuchado, gallina, conejo, liebre, sesos
de ternera.
Bacalao seco, gambas, truchas
langostinos, lenguado, salmón, sardinas,
mejillón, almejas, atún arenque, besugo,
gallo.
Huevo entero, yema.