El ciclo biogeoquímico

Un ciclo biogeoquímico es uno de varios ciclos naturales, en el que la materia conservada se mueve a través de las partes bióticas y abióticas de un ecosistema.

En biología, la materia conservada se refiere a la cantidad finita de materia, en forma de átomos, que está presente en la Tierra. Dado que, de acuerdo con la Ley de Conservación de la Materia, la materia no puede ser creada o destruida, todos los átomos de la materia se ciclan a través de los sistemas de la Tierra, aunque en diversas formas.

En otras palabras, la Tierra sólo recibe energía del Sol, que se emite en forma de calor, mientras que todos los demás elementos químicos permanecen dentro de un sistema cerrado.

ciclo biogeoquimicoLos principales elementos químicos que se ciclan son: carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), oxígeno (O), fósforo (P) y azufre (S). Estos son los componentes básicos de la vida y se utilizan en procesos esenciales, como el metabolismo, la formación de aminoácidos, la respiración celular y la construcción de tejidos.

Estos elementos fundamentales pueden recordarse fácilmente con el acrónimo CHNOPS.

Cada uno de estos elementos circula a través de los componentes bióticos, que son las partes vivas de un ecosistema, y los componentes abióticos, que son las partes no vivas.

Los componentes abióticos pueden subdividirse en tres categorías: la hidrosfera (agua), la atmósfera (aire) y la litósfera (roca).

La biosfera es un término que puede utilizarse para describir el sistema que contiene todos los organismos vivos, incluidas las plantas, los animales y las bacterias, así como sus interacciones entre sí y sus interacciones con los sistemas abióticos de la Tierra. La biosfera es a veces llamada la ecosfera, y puede definirse como la suma de todos los ecosistemas.

Con este conocimiento, las palabras “ciclo biogeoquímico” pueden ser fácilmente descompuestas. “Bio-” es el sistema biótico, “geo-” es el componente geológico, y “químico” son los elementos que se mueven a través de un “ciclo”.

En determinadas etapas de su ciclo, cualquiera de los elementos puede almacenarse y acumularse en un lugar determinado durante un largo período de tiempo (por ejemplo, en un sustrato rocoso o en la atmósfera). Estos lugares se denominan “sumideros” o “depósitos”.

Una “fuente” es cualquier cosa de la que sale un elemento, por ejemplo, los volcanes emiten grandes cantidades de carbono en forma de CO2, mientras que los desechos humanos son una fuente de nitrógeno, azufre y fósforo.

Ejemplos del ciclo biogeoquímico

El ciclo del agua

El ciclo biogeoquímico del agua, o ciclo hidrológico, describe la forma en que el agua (Dióxido de Hidrógeno o H2O) circula y se recicla a través de los sistemas de la Tierra.

Todos los organismos vivos, sin excepción, necesitan agua para sobrevivir y crecer, lo que la convierte en una de las sustancias más importantes de la Tierra. En organismos complejos se utiliza para disolver vitaminas y nutrientes minerales. Luego se utiliza para transportar estas sustancias, así como hormonas, anticuerpos, oxígeno y otras sustancias alrededor y fuera del cuerpo. También ayuda en las reacciones enzimáticas y químicas necesarias para el metabolismo, y se utiliza para la regulación de la temperatura.

A nivel geográfico, el ciclo biogeoquímico del agua es responsable de los patrones climáticos. La temperatura, la cantidad y el movimiento del agua tienen un efecto en todos los sistemas meteorológicos. A medida que el agua en sus diversas formas (vapor, líquido y hielo) interactúa con su entorno, altera la temperatura y la presión de la atmósfera, creando viento, lluvia y corrientes, y es responsable de cambiar la estructura de la tierra y las rocas a través de la intemperie.

Aunque no hay un verdadero comienzo en el ciclo del agua, el 97% del agua del mundo se almacena en los océanos, así que aquí hay un lugar lógico para empezar.

Del agua del océano, una proporción muy pequeña se congela al llegar a los polos, y se almacena como hielo dentro de los glaciares.

Parte del agua de la superficie es calentada por el sol y se produce la evaporación. En este proceso, el agua líquida se convierte en vapor de agua y es llevada a la atmósfera. A medida que el agua sube, se enfría y se produce condensación. El resultado es que el agua se almacena en la atmósfera en forma de nubes.

A medida que las nubes se mueven alrededor de la atmósfera terrestre chocan y crecen. Eventualmente las gotas de agua crecen lo suficientemente grandes para que sean lo suficientemente pesadas como para caer como precipitación (lluvia) o como nieve, dependiendo de las condiciones ambientales.

La mayor parte de la nieve que cae se almacena en forma de capas de hielo o se derrite para formar arroyos y ríos.

Parte del agua que llega al suelo se ve afectada por la gravedad y vuelve a fluir hacia el océano a través de la escorrentía superficial. Además, parte de esta agua se une a los arroyos y ríos de agua dulce, que finalmente desembocan en los océanos, o puede almacenarse en lagos y embalses. Esta agua dulce puede ser consumida por los animales, que hacen circular el agua a través de sus cuerpos.

Gran parte del agua que cayó en forma de lluvia, se absorbe en el suelo a través de la infiltración. Aquí o bien se infiltra profundamente en la roca, y forma enormes depósitos llamados acuíferos, o bien permanece relativamente cerca de la superficie como flujo de agua subterránea.

El agua subterránea es absorbida por las raíces de las plantas y se utiliza para la fotosíntesis. El agua se libera a la atmósfera a través de la evapotranspiración o se consume cuando se comen las plantas.

Algunas de las aguas subterráneas emergen de manantiales y cuerpos de agua superficiales, y con el tiempo regresan al océano.

El Ciclo del Carbono

Como componente principal de los compuestos biológicos, el carbono puede encontrarse en todos los seres vivos, así como en muchos seres no vivos, como los minerales, la atmósfera, los océanos y el interior de la tierra.

Aunque el carbono es un componente esencial para la vida, sólo puede existir gracias a un equilibrio específico de componentes y condiciones atmosféricas. Por lo tanto, es importante que se mantenga un equilibrio entre la cantidad de carbono almacenado en los sumideros y la cantidad que se emite de diversas fuentes.

Aunque todos los ciclos biogeoquímicos del carbono están vinculados, es más sencillo visualizarlos utilizando dos sistemas.

Ciclos Biogeoquímicos de Carbono Rápido

En este ciclo, el carbono inorgánico, que está presente en la atmósfera como CO2, es capturado por los autotrófos. Éstos son generalmente organismos fotosintetizantes como plantas, bacterias y algas.

Durante la fotosíntesis, el carbono se convierte en compuestos orgánicos como la glucosa, que se almacenan en los cuerpos de estos organismos. Este carbono puede ser almacenado durante muchos cientos de años dentro de los cuerpos de las plantas en áreas como los bosques tropicales.

Cuando los compuestos orgánicos son consumidos por los heterótropos, pasan a través de la red alimenticia, donde se descomponen en sustancias útiles mediante la respiración celular. La respiración celular produce CO2, que es liberado de nuevo a la atmósfera.

El océano es el segundo mayor sumidero de carbono. Además del carbono inorgánico disuelto que se almacena en profundidad, la capa superficial contiene grandes cantidades de carbono disuelto que se intercambia rápidamente con la atmósfera.

Ciclos Biogeoquímicos de Carbono a Largo Plazo

El almacenamiento a largo plazo de carbono se produce durante miles o millones de años y es importante para mantener estables los niveles de carbono atmosférico.

Cuando un organismo muere, el carbono almacenado en su cuerpo se descompone en CO2 y otras sustancias orgánicas por descomposición. Aunque parte de este carbono se libera a la atmósfera, una gran parte de él permanece secuestrado en el suelo. A través de este proceso, los suelos se convierten en importantes reservorios para el almacenamiento de carbono.

El mayor sumidero de carbono es la litosfera (las rocas de la tierra). Gran parte del carbono de la tierra se almacenaba dentro de las rocas cuando se formó la tierra, sin embargo, también se cicla continuamente a través del ciclo biogeoquímico de la biosfera. El carbonato de calcio (CaCO3), que constituye la cáscara de los organismos marinos, forma piedra caliza cuando se acumula en el fondo del océano. Se trata de uno de los mayores depósitos de carbono del mundo.

Los combustibles fósiles también contienen grandes cantidades de carbono, que se forman a partir de los restos de plantas y animales que vivieron hace millones de años. Bajo condiciones específicas, el carbono dentro de sus cuerpos era presurizado y “cocido” para formar hidrocarburos. Hoy en día se encuentra en forma de petróleo crudo, carbón y gas natural.

Impactos humanos en el ciclo biogeoquímico del carbono

Los seres humanos están teniendo un impacto drástico en el ciclo natural del carbono en la atmósfera y en los océanos.

Los combustibles fósiles, que han almacenado grandes cantidades de carbono durante millones de años, se queman a un ritmo demasiado rápido para que puedan ser devueltos a los sumideros de carbono. En cambio, se libera a la atmósfera en forma de dióxido de carbono y metano (CO), lo que impide que el calor se escape de la atmósfera y provoca el efecto invernadero.

Además, entre otras prácticas perturbadoras, la deforestación está liberando carbono almacenado dentro de la materia vegetal y está reduciendo el número de plantas disponibles para capturarlo – esto es especialmente cierto en los bosques tropicales húmedos y las turberas.

La interferencia antinatural de los humanos en este delicado ciclo biogeoquímico podría tener graves consecuencias para nuestro planeta.

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