ciclos biogeoquímicos
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Presentación sobre los ciclos biogeoquímicos adaptada al temario de la asignatura Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente de segundo de bachilleratoTRANSCRIPT
Ciclos biogeoquímicos
¿Qué son los ciclos biogeoquímicos?
Son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa.
Los elementos siguen un ciclo biogeoquímico que tiene una zona abiótica y una zona biótica.
Zona biótica
Gran cantidad del elemento
Zona abiótica
Menos cantidad
Flujo lento
Flujo rápido
CICLO BIOGEOQUÍMICO GLOBAL I
CICLO BIOGEOQUÍMICO GLOBAL II
LA ENERGIA EN LOS ECOSISTEMAS
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).
El flujo de materia es, en gran medida, cerrado ya que los nutrientes son reciclados cuando la materia orgánica del suelo es transformada en moléculas orgánicas o inorgánicas
Tipos de Ciclos Biogeoquímicos:
sedimentarios
gaseosos
• Ejemplos de este tipo de ciclos son el FÓSFORO y el AZUFRE.
Sedimentarios:
• Los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre (suelo, rocas, sedimentos, etc) la hidrosfera y los organismos vivos.
• Los elementos en estos ciclos son generalmente reciclados mucho más lentamente que en el ciclo gaseoso
• El elemento se transforma de modo químico y con aportación biológica en un mismo lugar geográfico
• Los elementos son retenidos en las rocas sedimentarias durante largo periodo de tiempo con frecuencias de miles a millones de años.
• Ejemplos de ciclos gaseosos son el NITRÓGENO, CARBONO, Y OXÍGENO
Gaseosos
• Los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos.
• Los elementos son reciclados rápidamente
• La transformación de la sustancia involucrada cambia de ubicación geográfica y que se fija a partir de una materia prima gaseosa.
Cada compuesto químico tiene su propio y único ciclo, pero todos los ciclos tienen características en común:
Reservorios: son aquellas partes del ciclo donde el compuesto químico se encuentra en grandes cantidades por largos períodos de tiempo.
Fondos de recambio: son aquellas partes del ciclo donde el compuesto químico es mantenido por cortos períodos. Este período de tiempo se denomina tiempo de residencia.
Ciclos sedimentarios
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Ciclo del azufre
El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales pararealizar diversas funciones, además el azufre está presente en prácticamentetodas las proteínas y de esta manera es un elemento absolutamente esencialpara todos los seres vivos.
Durante el ciclo del azufre los principales procesos son los siguientes:
El azufre, como sulfato, es aprovechado e incorporado por los vegetalespara realizar sus funciones vitales.
Los consumidores primarios adquieren el azufre cuando se alimentan deestas plantas.
El azufre puede llegar a la atmósfera como sulfuro de hidrógeno (H2S) odióxido de azufre (SO2), ambos gases provenientes de volcanes activosy por la descomposición de la materia orgánica
Cuando en la atmósfera se combinan compuestos del azufre con elagua, se forma ácido sulfúrico (H2SO4) y al precipitarse lo hace comolluvia ácida.
Ciclo mundial del azufre. Los caminos del azufre son las líneas gruesas.Las líneas finas representan la energía disipada en las fuentes de calor. (H2S, sulfato de hidrógeno. M, microorganismos.)
Medio anaerobio Medio
aerobio
Compuestos del azufre
sullfatos
Á. Sulfhídrico
sulfuro de dimetilo
Óxidos azufre
Reciclaje del azufre
CICLO DEL FÓSFORO
P
•Componente de los ácidos nucleicos, muchas sustancias de la fotosíntesis y de la respiración celular.
•Integrante de los fosfolípidos.
•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.
Ciclo del Fósforo
Ciclo del Fósforo
De las rocas se libera fósforo y en el suelo, donde es utilizado por las plantas para realizar sus funciones vitales.
Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido.
En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de ortofosfatos (PO4H2) que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos.
Durante el ciclo del fósforo los principales procesos son los siguientes:
Conglomerado fosfático con presencia de restos fósiles fosfatizados y trazas fósiles en concreciones fosfáticas de 0,5 a 1 cm de diámetro y de 3 a 8 cm de largo, donde la mayor concentración de fosfato se localiza alrededor de la traza. El retrabajo mecánico de las partículas permitió la concentración de los elementos fosfáticos.
La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas.
Usos del fósforo
Además de su empleo como fertilizantes, los fosfatos se utilizan en alimentos, bebidas, cerámicas, ablandadores de aguas, productos limpiadores, jabones, detergentes e insecticidas, entre muchos otros usos.
El P no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y de esta a tierra firme. Una vez en el mar sólo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo. Uno es mediante aves marinas que devuelven fósforo en forma de excremento, guano, el segundo mediante el levantamiento geológico de los depósitos sedimentarios a lo largo de miles de años.
¿Por qué el fósforo es uno de los principales factores limitantes de un ecosistema?
Ciclos gaseosos
Los seres vivos requieren átomos de nitrógeno para la síntesis de moléculasorgánicas esenciales como las proteínas, los ácidos nucleicos, el ADN, por lotanto es otro elemento indispensable para el desarrollo de los seres vivos .
El aire de la atmósfera contiene un 78% de nitrógeno, por lo tanto laatmósfera es un reservorio de este compuesto.
A pesar de su abundancia, pocos son los organismos capaces de absorberlodirectamente para utilizarlo en sus procesos vitales. Por ejemplo las plantaspara sintetizar proteínas necesitan el nitrógeno en su forma fijada, es decirincorporado en compuestos.
Ciclo del nitrógeno
timina adenina
Ciclo del nitrógeno
Tres procesos desempeñan un papel importante en la fijación delnitrógeno en la biosfera:
Uno de estos es el relámpago. La energía contenida en unrelámpago rompe las moléculas de nitrógeno y permite que secombine con el oxígeno del aire.
Mediante un proceso industrial se fija el nitrógeno, en esteproceso el hidrógeno y el nitrógeno reaccionan para formaramoniaco, NH3. Dicho proceso es utilizado por ejemplo parala fabricación de fertilizantes.
Las bacterias nitrificantes son capaces de fijar el nitrógenoatmosférico que utilizan las plantas para llevar a cabo susfunciones. También algunas cianobacterias son capaces de fijar elnitrógeno atmosférico.
Fijación del Nitrógeno: Fijación del Nitrógeno:
Los animales obtienen nitrógeno al ingerir vegetales, en forma deproteínas. En cada nivel trófico se libera al ambiente nitrógeno enforma de excreciones, que son utilizadas por los organismosdescomponedores para realizar sus funciones vitales.
Descomposición:
Es la transformación del amoniaco a nitrito, y luego a nitrato.Esto ocurre por la intervención de bacterias del géneronitrosomonas, que oxidan el NH3 a NO2
-. Los nitritos sonoxidados a nitratos NO3
- mediante bacterias del géneronitrobacter.
Nitrificación
nitrobacter
nitrosomas
NO2-. NO3
-NH3
En este proceso los nitratos son reducidos a nitrógeno, el cual seincorpora nuevamente a la atmósfera, este proceso se produce por laacción catabólica de los organismos, estos viven en ambientes conescasez de oxígeno como sedimentos, suelos profundos, etc. Lasbacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxígeno como aceptor final delos electrones que se desprenden durante la respiración. De esta manerael ciclo se cierra
Desnitrificación
El ciclo de este elemento es bastante complejo, dado que estápresente en la atmósfera no sólo como N2 (80%) sino también enuna gran diversidad de compuestos. Se puede encontrarprincipalmente como N2O, NO y NO2, los llamados NOx. Tambiénforma otras combinaciones con oxígeno tales como N2O3 y N2O5
(anhídridos), "precursores" de los ácidos nitroso y nítrico. Conhidrógeno forma amoníaco (NH3),compuesto gaseoso encondiciones normales.
El nitrógeno en la atmósfera
El Ciclo del nitrógeno. Las flechas amarillas indican las fuentes humanas de nitrógeno para el ambiente. Las flechas rojas indican las transformaciones microbianas del nitrógeno. Las flechas azules indican las fuerzas físicas que actuan sobre el nitrógeno. Y las flechas verdes indican los procesos naturales y no microbianas que afectan la forma y el destino del nitrógeno
El nitrógeno en la geosfera
En el suelo hay importantes cantidades naturales de sales relacionadas al nitrógeno, entre otros los nitratos y nitritos (inorgánicos) y la urea (orgánica); esta última, junto al nitrato de amonio se sintetiza en grandes cantidades para su utilización como abono. Todos estos productos son solubles en agua, y se lixivian con el regadío y la lluvia.
Cuantificación del ciclo
La mayor reserva de nitrógeno está en el aire, pero en forma inerte. De éste pasa a los ecosistemas, siendo fijado por microorganismos y por fijación fotoquímica y eléctrica. El nitrógeno luego vuelve a la atmósfera por el proceso de desnitrificación
En resumen
Ciclo del carbono
Ciclo del carbono
Un 18% de la materia orgánica viva está constituida por carbono.Por tanto el carbono es un elemento esencial en todos los seresvivientes.
El carbono se combina con el oxígeno para formar monóxido decarbono (CO), dióxido de carbono (CO2)
Forma sales como el carbonato de sodio (Na2CO3), carbonatocálcico (en rocas carbonatadas, como calizas y estructuras decorales)
Los productores obtienen el dióxido de carbono de laatmósfera los productores acuáticos lo utilizan disuelto enel agua en forma de bicarbonato (HCO3
-).
Losconsumidoresse alimentande las plantas,
En larespiraciónse libera elcarbono enforma deCO2
Durante la descomposición también se desprende CO2.
Las erupciones volcánicas son una fuente decarbono, durante dichos procesos el carbono de lacorteza terrestre que forma parte de las rocas yminerales es liberado a la atmósfera.
En capas profundas de la corteza continental asícomo en la corteza oceánica el carbono contribuyea la formación de combustibles fósiles, como es elcaso del petróleo. Este compuesto se ha formadopor la acumulación de restos de organismos quevivieron hace miles de años.
Figura 1. Esquematización del ciclo global carbónico. Los montos (en negro) son gigatoneladas (1Gt = 1x109 Toneladas) de carbón. Los flujos (en morado) son Gt de carbón por año. La ilustración es cortesía de la Earth Science Enterprise de la Nasa
Cuantificación del ciclo
El ciclo del carbono incluye la captación de dióxido de carbono por las plantas a través de la fotosíntesis, su ingestión por los animales y su liberación a la atmósfera a través de la respiración y de la descomposición de materiales orgánicos. Ciertas actividades humanas como la quema de combustibles fósiles contribuyen a la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera
En resumen
Ciclo del oxígeno
Ciclo del oxígeno
El oxígeno molecular (O2) representa el 20%de la atmósfera terrestre. Este oxígenoabastece las necesidades de todos losorganismos terrestres que lo respiran para sumetabolismo, además cuando se disuelve enagua, cubre las necesidades de losorganismos acuáticos
. En el proceso de la respiración, el oxígeno actúa como aceptor final paralos electrones retirados de los átomos de carbono de los alimentos. Elproducto es agua.
El ciclo se completa en la fotosíntesis cuando se captura la energía de la luzpara alejar los electrones respecto a los átomos de oxígeno de lasmoléculas de agua. Los electrones reducen los átomos de oxígeno de lasmoleculas de agua.
Los electrones reducen los átomos de carbono (de dióxido de carbono) acarbohidrato. Al final se produce oxígeno molecular y así se completa elciclo.
Por cada molécula de oxígeno utilizada en larespiración celular, se libera una molécula dedióxido de carbono. Inversamente, por cadamolécula de dióxido de carbono absorbida en lafotosíntesis, se libera una molécula de oxígeno
Ciclos biogeoquímicos: N, P, S, C. De cada uno de ellos, es preciso saber:
los principales depósitos
los depósitos con mayor y menor tiempo de residencia
los principales flujos naturales
las principales formas mediante las que el hombre altera los flujos naturales
Preguntas prácticas:• ¿Qué compartimentos principales se consideran al trazar los ciclos biogeoquímicos?Indica algunos subcompartimentos principales que también se tengan en cuenta.• Señala qué dos factores contribuyen a la formación de compuestos con largo tiempo de residencia en el océano y en la atmósfera.• Señala algunas de las principales diferencias entre ciclos biogeoquímicos de P y C, o de CO2y CH . 4• Los pantanos, los arrozales, las termitas y las vacas son fuentes importantes de CH . 4¿Por qué?
