Ciclo biogeoquímico

Se denomina ciclo biogeoquímico al movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, sulfuro, fósforo y otros elementos entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción y descomposición. En la biosfera la materia no es ilimitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y la vida desaparecería.

Un elemento químico o molécula necesario para la vida de un organismo, se llama nutriente o nutrimento. Los organismos vivos necesitan de 30 a 40 elementos químicos, donde el número y tipos de estos elementos varía en cada especie. Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan:

1. Macronutrientes : carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más de 95% de la masa de todos los organismos.

2. Micronutrientes . Son los 30 ó más elementos requeridos en cantidades pequeñas (hasta trazas): hierro, cobre, zinc, cloro, yodo

La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no están en formas útiles para los organismos. Pero, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes, son reciclados continuamente en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidas en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.

Gracias a los ciclos biogeoquímicos, los elementos se encuentran disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos ciclos los seres vivos se extinguirían por esto son muy importantes.

El término ciclo biogeoquímico se deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e intervienen en un cambio químico.

Hay dos tipos de ciclos biogeoquímicos, que están interconectados:

Gaseoso. En el ciclo gaseoso, los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera 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.

Sedimentario. También se estudian los ciclos biogeoquímicos de los contaminantes.

Ciclo del carbono

Ciclo del carbono

El carbono es esencial para construir las moléculas orgánicas que caracterizan a los organismos vivos.

La principal fuente de carbono para los productores es el CO2 del aire atmosférico, que también se halla disuelto en lagos y océanos.

Además hay carbono en las rocas carbonatadas (calizas, coral) y en los combustibles fósiles (carbón mineral y petróleo).

Durante la fotosíntesis, las plantas verdes toman CO2 del ambiente abiótico e incorporan el carbono en los carbohidratos que sintetizan.  Parte de estos carbohidratos son metabolizados por los mismos productores en su respiración, devolviendo carbono al medio circundante en forma de CO2.  Otra parte de esos carbohidratos son transferidos a los animales y demás heterótrofos, que también liberan CO2 al respirar.

El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los compuestos orgánicos de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al ambiente.  A todo lo anterior debe sumarse la enorme cantidad de CO2 que llega a la atmósfera como producto de la actividad volcánica, la erosión de las rocas carbonatadas y, sobre todo, la quema de combustibles fósiles por el hombre.

Ciclo del nitrogeno

Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. 

Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas bacterias).

Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papel muy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas (nitratos y amonio) asimilables por las plantas.

El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3

-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales.

En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.

Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado natural de los suelos.

Ciclo del oxigeno

El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de O2, su presencia en la atmósfera se debe a la actividad fotosintética de primitivos organismos.

Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica.

La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera.

Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario.

Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono.

Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2

Ciclo del agua

Todos los seres vivos necesitan agua para sobrevivir. El agua describe un ciclo que permite su reutilización. Por esta razón se la considera un recurso inagotable, aunque esta condición ya está siendo cuestionada.

El principal objetivo del ciclo del agua es proveer este vital elemento, que es el agua fresca y pura, a todos los seres vivos.

Durante su ciclo se suceden procesos naturales como la fusión, y la condensación; además de participar en los relacionados con las actividades propias de los seres vivos: respiración, fotosíntesis, excreción, etc.

Bajo la acción del calor solar, el agua se evapora (estado gaseoso) constantemente de los océanos, lagos y ríos. El vapor acuoso que se forma asciende a lo alto impulsado por las corrientes de aire que, incesantemente, se elevan de la superficie terrestre hacia los espacios donde la temperatura es más baja.

En presencia de corrientes de aire muy frío, ese vapor acuoso se condensa en diminutas gotas y se hace visible en forma de nubes o niebla, que pueden ser transportadas por el viento hacia regiones muy alejadas.

Las gotas se van haciendo más grandes y más pesadas a medida que la condensación aumenta y entonces el aire ya no puede sostenerlas y se precipitan en forma de lluvia (estado líquido), nieve o granizo (estado sólido).

Si estas precipitaciones ocurren en latitudes polares o a gran altura, parte de las aguas van a formar los glaciares.

Si las precipitaciones caen en el suelo, parte del agua corre por las pendientes y de acuerdo con la cantidad de vegetación, el tipo de suelo y a su declive, el destino del agua que proviene de las precipitaciones puede tomar dos caminos:

El agua se filtra a través del suelo, especialmente a través de suelos porosos y desciende lentamente por acción de la gravedad a capas más profundas. Cuando estas aguas pueden aflorar a la superficie forman los manantiales o aguas termales, ricas en minerales.  Por la

temperatura a que se encuentran los baños termales recomiendan para controlar problemas reumáticos, que se caracterizan por inflamaciones dolorosas en las articulaciones o en los músculos.

El agua escurre superficialmente cuando el terreno tiene un declive profundo, formando arroyos y ríos que desembocan en el mar. Siempre el ciclo del agua se cierra en el mar, cuando regresa a su origen.

Evaporación de agua forma las nubes.

Agua en glaciares.

Otra parte del agua es absorbida por la tierra y contribuye a formar las corrientes subterráneas que también van directamente a los mares. En el curso de este trayecto el agua subterránea tiene la posibilidad de volver a la superficie por medio de vertientes naturales o de norias construidas por el hombre.

Como podemos apreciar, todas las aguas de la Tierra, aunque de modos bien distintos, participan en este ciclo, que se renueva constantemente y que tiene una gran importancia para el desarrollo de la vida.

En el agua se hallan siempre disueltas, en distinta, proporción variadas sustancias. En el agua de mar, por ejemplo, hay cloruro sódico y elementos como el yodo, el oxígeno, el hidrógeno, e, incluso diminutas partículas de oro.

En el agua de manantiales encontramos sales de calcio y manganeso. La presencia de estas últimas constituye una característica del agua que se denomina “dureza”.

El agua de algunos manantiales especiales contiene otros compuestos, como hierro, azufre o sustancias radiactivas, que les confieren especiales cualidades terapéuticas o medicinales.

Al evaporarse desde el mar, deja atrás las sales, y al escurrir por los suelos, quedan atrapadas en las rocas y suelos arcillosos las impurezas no deseadas.  Sin embargo, esta capacidad de purificación del agua no es ilimitada y supone una gran responsabilidad para todos nosotros, que es la tarea de mantener los caudales de agua libres de contaminación.

Ciclo del fósforo

Aguas termales.

El fósforo es un elemento que se puede encontrar en las estructuras del ADN de los organismos, siendo un componente esencial de los mismos. La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, aunque el papel que desempeña es vital. El fósforo es el principal factor limitante del crecimiento para los ecosistemas, porque el ciclo del fósforo está principalmente relacionado con el movimiento del fósforo entre los continentes y los océanos. Al contrario que en el ciclo del nitrógeno, en el del fósforo no hay fase gaseosa en el aire.

Es componente de los ácidos nucleícos 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.

Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas. Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo. 

Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.

Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces, formándose las grandes pesquerías del Gran Sol, costas occidentales de Africa y América del Sur y otras.

Introduccion

Desde que la tierra se conoce como planeta, siempre ha existido una serie de elementos que sostienen la vida de los seres vivos. Son nutrientes inorgánicos tales como: El Oxigeno, el Carbono, el Hidrogeno y el Nitrógeno, entre otros. Si estos elementos son traídos de la tierra sin posibilidad de recuperarlos, llegaría un momento en que ocurriría un desequilibrio en la biosfera; para que esto no ocurra, existen un considerable número de microorganismos, llamados descomponedores que al morir los seres vivos, rompen las moléculas orgánicas de éstos y forman moléculas inorgánicas sencillas, que envuelven al medio ambiente estableciéndose así un ciclo cerrado de elementos inorgánicos

Así como los animales y demás seres vivos se aprovechan y se benefician alimentándose de la materia orgánica, del mismo modo, estas satisfacen las suyas extrayendo los nutrientes inorgánicos del sustrato o medio ambiente. Ciertamente que estos ciclos no se desarrollan siempre con velocidad uniforme. A veces hay elementos que son retenidos mucho tiempo por un organismo y tardan en regresar al medio. A todo este ciclo que va desde la materia orgánica y se incorpora a los organismos desde el suelo, siendo aprovechado por los seres autótrofos y luego por los heterótrofos, se les conoce como ciclos biogeoquímicos.

Bibliografía

1) http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_biogeoqu%C3%ADmico

2) http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/CiclosBiogeoquimicos.htm

3) http://www.monografias.com/trabajos45/ciclos-biogeoquimicos/ciclos-biogeoquimicos.shtml

Conclusiones

Además de la energía, los organismos requieren para vivir el suministro de elementos químicos que se pueden encontrar en la biósfera, pero que deben ser reciclados constantemente, a fin de asegurar su disponibilidad. Este proceso se denomina ciclos de la materia o ciclos biogeoquímicos.

Los seres vivos toman carbono, nitrógeno y oxigeno y los usan para vivir y crecer. Si están sustancias solo se usaran una vez, se habrían agotado. Todos los animales y plantas respiran, crecen y, finalmente mueren y se descomponen. La descomposición libera las sustancias de su cuerpo a la biósfera para que se utilicen de nuevo.

Objetivos

1) Que el estudiante tenga entendimiento sobre los ciclos existentes en nuestro planeta, además de saber la diferencia entre cada ciclo existente en nuestro planeta y la importancia de cada uno en nuestro ecosistema.

2) Que los estudiantes de la carrera de alimentos que cursan el segundo ciclo tengan conocimientos sobre la química o elementos químicos involucrados en los ciclos biogeoquimicos existentes en nuestro planeta.

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

CENTRO UNIVERSITARIO DEL SUR OCCIDENTE

INGENIERIA EN ALIMENTOS

ECOLOGIA

CICLOS BIOGEOQUIMICOS

VERONICA XILOJ GOMEZ 201040705

SERGIO ANTONIO GRACIAS TELLO 201040360

BYRON MARINO MORALES PINEDA 201040355

KIMBERLY ELIZABETH GARCIA BARRIOS 201042695

WENDY SARAI LOPEZ SALES 200740464

17/09/2010

ING: ANGEL ALFONSO SOLORZANO