CICLOS BIOGEOQUIMICOS:
CICLO DEL CARBONO:
Para fines de descripción, es conveniente comenzar del ciclo del carbono (figura 3.14) con la “reserva” de moléculas de dióxido de carbono del aire y las disueltas en el agua. Por medio de la fotosíntesis y posteriores procesos metabólicos, los átomos de carbono del dióxido de carbono se vuelven parte de todas las moléculas orgánicas que conforman una planta. Por las cadenas alimenticias, los átomos pasan a los tejidos de otros organismos del ecosistema; sin embargo, no es probable que el mismo átomo pase por muchos organismos en un solo ciclo, por que en cada paso hay muchas oportunidades de que el consumidor descomponga la respiración celular. Cuando esto ocurre, los átomos de carbono son devueltos al ambiente en moléculas de dióxido de carbono, lo que completa un ciclo y, desde luego, comienza otro.
Del mismo modo, la quema de materia orgánica también devuelve al aire los átomos de carbono contenidos en las moléculas de dióxido de carbono.
Tampoco es probable que dos ciclos sucesivos del mismo átomo sean iguales, ni que ocurra en el mismo ecosistema, puesto que el viento arrastra por todo el mundo el carbono de la atmosfera. Después de calcular la cantidad de dióxido de carbono de la atmosfera y el monto de la producción primaria (fotosíntesis) en la biosfera, los científicos han concluido que, cada año, alrededor de un tercio del total de dióxido de carbono atmosférico se gasta en la fotosíntesis, y que una cantidad igual regresa a la atmosfera por respiración celular.
Estos significan que, en promedio, cada átomo de carbono completa un ciclo de la atmosfera a uno o más seres vivos y de vuelta a la atmosfera a cada tres años. ¿Qué quiere decir esto en términos comparativos de provisión de átomos de carbono en todos los seres vivos que existen (o han existido) en la tierra? Este hecho no carece de implicaciones éticas.
CICLO DEL FOSFORO:
Este es un ciclo típico de nutrientes sedimentario. El depósito principal del fosforo lo constituyen las rocas sedimentarias, que únicamente intervienen en el ciclo básico en cantidades minias, como resultado de la intemperización. El ciclo no posee una fase gaseosa importante y, por lo tanto, se mueve en forma sumamente lenta. El fosforo es un componente vital de: DNA, RNA y ATP (moléculas genéticas y productoras de energía, respectivamente), por lo cual es necesario para toda molécula viva. El ciclo básico del fosforo se inicia con el fosfato disuelto. Las plantas lo absorben a través de sus raíces y se incorporan a todas las células, formando partes de células complejas. Los animales obtiene el fosforo mediante la ingestión de vegetales. Cuando mueren las plantas y los animales, o bien, cuando excretan productos de desecho, las bacterias fosfatizantes degradan los compuestos orgánicos muertos, transformándolos en fosfatos inorgánicos disueltos, con lo cual se completa el ciclo básico.
El fosforo es esencial para las moléculas de DNA y de RNA, las cuales transmiten la información genética, y también en las moléculas del ATP, las cuales intervienen en los cambios energéticos de todas las células. El fosforo se presenta principalmente en forma de compuestos inorgánicos de fosfato que se hallan en las rocas sedimentarias.
CICLO DEL NITROGENO:
El ciclo del nitrógeno es característico; tiene aspectos del ciclo del carbono y del fosforo. La principal reserva del nitrógeno es el aire, que es 78 por ciento nitrógenos (N2). Las plantas y animales no pueden aprovechar directamente el aire, sino en forma mineral, cono iones (NH+4) de amonio o de nitratos (NO-3). Numerosas bacterias y cianobacterias pueden convertir el nitrógeno en amonio, un proceso llamado fijación biológica del nitrógeno. En los ecosistemas terrestres, el más importantes de estos organismo nitrificantes en una bacteria se llama Rbizobium, que vive en los nódulos de las raíces de las legumbres, la familia de las plantas que incluyen a los chicharos (guisantes) y los frijoles. Se trata de otro ejemplo de simbiosis mutualista: las plantas ofrecen a las bacteria un lugar para vivir y alimento (azúcar), y gana a cambio una fuente de nitrógeno.
De las legumbres, el nitrógeno pasa a cualquier cadena alimenticia presente. En cada paso, como ya mencionamos i se observa en la figura, la respiración celular puede descomponer los compuestos nitrogenados, que regresan al suelo con los excrementos y pueden ser asimilados por otras plantas.asi, luego de su fijación, el nitrógeno puede ser reciclado de manera similar al fosforo y otros minerales; sin embargo, el nitrógeno no permanece indefinidamente en esta “fase mineral” del ciclo, pues otras bacterias del suelo convierten poco a poco los compuestos del nitrógeno.
Además algo de nitrógeno suele entrar en el ciclo transformado en amonio por las descarga de los rayos, un fenómeno llamado fijación atmosférica del nitrógeno, y llevado a tierra por las lluvias. Se calcula que esta vía es de apenas el 10 por ciento de la biológica.
El ciclo del nitrógeno en los ecosistemas acuáticos es similar. Ahí, las cianobacterias son los nitrificantes más significativos.
CICLO DEL AZUFRE
Hasta la revolución industrial el efecto de azufre en los sistemas ambientales eran muy pequeños. Sin embargo, con dicha revolución ha aumentado significativamente el uso de compuestos que contiene azufra, como los fertilizantes, y por la liberación de dióxido de carbono de azufre durante el consumo de combustibles fósiles y el procesamiento de metales. La minería también origina la liberación de grandes cantidades de azufre en el drenaje acido de las minas. Al igual que el ion nitrato, el sulfato tiene cargas negativas y no se absorben en las partículas de arcillas. Así, los sulfatos disueltos pueden lixiviarse del perfil del suelo son la lluvia o la irritación excesiva. En el ambiente el sulfato está presente ante todo en sulfuros (S2-), sulfatos (SO24_) y en forma inorgánica. Al igual que en el ciclo del nitrógeno, los microorganismos desempeñan una función importante en el ciclo del azufre. Las bacterias participantes en la oxidación de minerales que contiene pitita, con lo que liberan grandes cantidades del sulfato. En entorno anaeróbico las bacterias reproductoras del sulfato (desulfovibrio) lo reducen, con la consiguiente liberación de los sulfuros de hidrógeno. En aguas marinas suele ocurrir la producción biológica de dimetilsufuro. El ciclo general del azufre se muestra en la siguiente figura.
CICLO DEL CALSIO
El ciclo biogeoquímico del calcio consiste en variaciones de su solubilidad debido a la formación de compuestos carbonatados más (Ca(CO3H)2) o menos (CaCO3) como consecuencia de la liberación por microorganismos de ácidos orgánicos que desplacen el equilibrio entre ambas formas.
La lluvia combinada con el CO2 y los demás agentes atmosféricos, como el viento y la temperatura, reaccionan y meteorizan las rocas calizas y las rocas carbonaticas ígneas que contienen el calcio en grandes cantidades, arrastrando los compuestos del calcio a los suelos en donde las plantas toman el calcio para sus actividades metabólicas. De aquí pasa a los herbívoros y de estos a los carnívoros para luego ser degradado por medio de los descomponedores. El calcio se recicla continuamente en la litosfera y poco a poco por efecto de la erosión en los suelos, producida por el transporte de las aguas subterráneas y por los agentes atmosféricos como el viento y el agua de lluvia, el calcio se escurre a los arroyos y ríos.
El calcio forma depósitos sedimentarios en las cuevas y por efecto de la erosión, este elemento pasa a los cuerpos de agua que se forman cuando caen las lluvias y el agua se filtra por las paredes y el techo de las cuevas.
También de forma directa, el calcio va a parar a los ríos para que este elemento químico sea usado por moluscos de agua dulce como gasterópodos y bivalvos, por peces de agua dulce y algas unicelulares que pertenecen al agua dulce; estos animales al morir dejan el calcio para que se una a los sedimentos del rio, esto demuestra entonces que el ciclo del calcio es un ciclo sedimentario únicamente pues no hay naturalmente calcio gaseoso en la atmósfera.
En una cantidad reducida, el calcio sobrante es transportado por el río hacia el mar. En el mar, el calcio es asimilado por las algas unicelulares que son consumidas por el zooplancton o demás microorganismos (entre ellos foraminíferos) y estos finalmente consumidos por los peces de agua salada. También es consumido por bivalvos y corales para formar sus conchas y esqueletos respectivamente.
Cuando los peces, corales y bivalvos marinos como ostras y mejillones mueren, los esqueletos y las conchas se depositan en el fondo marino uniéndose a otros sedimentos listos para formar piedra caliza y después, emerger a la superficie por levantamiento geológico.
Por compactación, el calcio restante se vuelve parte del suelo marino. Por medio de la subducción, la placa que contiene el calcio en el suelo se funde y se combina con el magma para ascender a la litosfera por medio de las erupciones volcánicas en combinación de otros elementos en forma de rocas carbonaticas ígneas comenzando de nuevo el ciclo. Las rocas calizas que se encuentran enterradas en la tierra por procesos geológicos del pasado son degradadas por las bacterias del suelo, así se encuentran en forma disponible para las plantas de dicho suelo y gracias a la acción de la precipitación estas rocas vuelven a ser parte del ciclo.
Gracias al ciclo hidrológico, el calcio que también forma parte de la corteza continental, no tarda en llegar desde la litosfera hasta la hidrosfera aunque parte del calcio total se transforma por sedimentación en minerales como la dolomita, el yeso y la anhidrita ya que el calcio es muy poco pedido por la biosfera en relación a otros elementos químicos y tiene esa oportunidad de sedimentar. El calcio global, es decir, la cantidad total de calcio en la tierra, no es un factor limitante pero tampoco es un elemento del cual se pueda prescindir.
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