Definición de Ciclo Biogeoquímico
Licenciado en Biología
Los ciclos biogeoquímicos son los procesos que regulan el intercambio de materia entre los seres vivos y el ambiente. En los ecosistemas, la materia forma un ciclo, y “fluye” desde las plantas, que absorben materia inorgánica en forma de iones del suelo para crear materia orgánica, que pasa por los consumidores a lo largo de toda la red trófica hasta que vuelve al suelo, para así volver a reiniciar el ciclo. Los ciclos biogeoquímicos se llaman así porque involucran la acción de la biosfera, la acción de la geosfera y por supuesto, reacciones químicas.
Estos ciclos permiten que los elementos químicos esenciales para la vida, como el carbono (C), el nitrógeno (N), el oxígeno (O) y el fósforo (P), se reciclen y se mantengan disponibles para los organismos en los ecosistemas. Existen muchos más ciclos, cada elemento químico que esté circulando en un ecosistema tiene su propio ciclo, pero estos 4 elementos son esenciales para la vida, la materia orgánica está hecha a partir de combinaciones de ellos y si no estuviesen ampliamente disponibles para los seres vivos en los ecosistemas, la vida sencillamente no podría existir. Si los ciclos dejaran de funcionar, ecosistemas enteros que dependen de ellos colapsarían.
El ciclo del carbono
El carbono se mueve entre la atmósfera, la biosfera, la hidrosfera y la litosfera. El carbono existe en la atmósfera como dióxido de carbono (CO2) y en su forma inorgánica, es un elemento abundante en la corteza terrestre, sus formas minerales son el grafito, el diamante y el carbón mineral (que, en realidad, son restos orgánicos). Toda la materia orgánica esta constituida, esencialmente, por largas moléculas de átomos de carbono fuertemente unidos entre sí.
El carbono entra en la biosfera a través de la fotosíntesis, que realizan las plantas y otros organismos autótrofos. Estos organismos utilizan el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y la energía solar para fabricar glucosa (C6H12O6) y liberar oxígeno al aire. La glucosa es una molécula orgánica muy simple, la más simple de todas y puede ser convertida por los seres vivos en todas las demás moléculas orgánicas que conocemos.
La glucosa también es la fuente de energía para todos los seres vivos, ya que es “quemada” en la respiración celular para producir la energía necesaria para mantener la vida. La respiración celular consume O2 y libera CO2 y agua (H2O) al ambiente.
No solo a través de la respiración el CO2 vuelve a la atmosfera, también se libera por la descomposición de la materia orgánica muerta por parte de los microorganismos. El CO2 se disuelve en el agua de los océanos, ríos y lagos, formando ácido carbónico (H2CO3), que puede reaccionar con los minerales de las rocas y formar minerales conocidos como carbonatos (como la caliza, los mármoles y la dolomía) que se depositan en el fondo marino.
El carbono queda atrapado en estos minerales hasta que se descomponen a altísimas temperaturas, como cuando ocurre una erupción volcánica, donde grandes cantidades de carbono ingresan a la atmósfera como CO2.
El carbono también puede quedar atrapado en forma de combustibles fósiles (petróleo, carbón o gas natural), que se originan por la acumulación de restos orgánicos durante millones de años. La quema de estos combustibles fósiles por parte del ser humano libera grandes cantidades de CO2 a la atmósfera, alterando el equilibrio del ciclo del carbono.
El CO22 en la atmosfera tiene un rol muy importante en la regulación del clima del planeta: es el principal gas que produce el efecto invernadero. La liberación de grandes cantidades de CO2 a la atmósfera, por la eliminación o quema de las “trampas” naturales de carbono está produciendo un calentamiento del clima.
El exceso de carbono atmosférico también podría interferir con el ciclo del carbono en algunos ecosistemas, sobre todo en los marinos, que dependen mucho de la concentración de ácido carbónico (H2CO3) en al agua. Si la atmosfera tiene más CO2, habrá más ácido carbónico en el agua y eso puede interferir con la vida de muchos organismos marinos.
Ciclo del nitrógeno
El nitrógeno es un elemento indispensable para la formación de las proteínas y los ácidos nucleicos. Se encuentra en la atmósfera en forma de gas nitrógeno (N2) pero este gas no puede ser utilizado directamente por la mayoría de los organismos.
Para que el nitrógeno pueda entrar en la biósfera, debe ser transformado en otras moléculas como el amoníaco (NH3), el nitrito (NO2–) o el nitrato (NO3–). Esta transformación la realizan bacterias que habitan en el suelo y en el agua.
Estas bacterias incorporan el N2 atmosférico a compuestos orgánicos o inorgánicos. El rol de las bacterias en el ciclo del nitrógeno es análogo al de las plantas en el ciclo del carbono: son los primeros organismos que toman el elemento de la atmósfera y lo incorporan a la biósfera.
Estos compuestos nitrogenados pueden ser absorbidos por las plantas y otros organismos para sintetizar sus propias moléculas orgánicas con nitrógeno. Los organismos heterótrofos obtienen el nitrógeno al consumir a los autótrofos o a otros heterótrofos.
El nitrógeno es eliminado por los organismos con la orina, la orina de todos los seres vivos contiene compuestos orgánicos con nitrógeno. Estos desechos son descompuestos por otro tipo de bacterias y devueltos a la atmósfera como N2. Al morir, las moléculas orgánicas con nitrógeno de los seres vivos son descompuestas también a N2. De esta manera, el nitrógeno vuelve a la atmosfera, cerrando el ciclo.
Ciclo del oxígeno
El oxígeno se mueve entre la atmósfera, la biosfera y la hidrósfera. El ciclo del oxígeno está acoplado al ciclo del carbono, ya que la circulación del oxígeno depende de los mismos procesos de los que depende el ciclo del carbono: fotosíntesis y respiración celular.
El oxígeno entra en la biosfera principalmente por medio de la fotosíntesis que libera O2 a la atmosfera. El O2 es utilizado durante la respiración celular, que implica la oxidación de las moléculas orgánicas con O2 para producir CO2, H2O y energía. El O2 se disuelve en el agua de los océanos, ríos y lagos, permitiendo la vida acuática.
El oxígeno incorporado en moléculas orgánicas vuelve a la atmósfera al descomponerse los cadáveres de los organismos.
Ciclo del fósforo
El fósforo forma parte de moléculas como los ácidos nucleicos y los fosfolípidos de las membranas celulares.
Se encuentra en la litósfera formando minerales de fósforo. A través de la erosión y la meteorización, las rocas que contienen estos minerales se desgastan y liberan pequeñas partículas de fósforo que se mezclan con el suelo.
Parte de este fósforo mineral se disuelve en el agua del suelo, formando compuestos que pueden incorporar las plantas con el agua que absorben a través de sus raíces y lo incorporan en moléculas orgánicas. De esta manera el fósforo ingresa a la biósfera y circula, como todos los demás elementos, a través de la red trófica.
En los cuerpos de agua, el fósforo puede ser utilizado por algas y plantas acuáticas como fertilizante iniciando un proceso de crecimiento excesivo conocido como eutrofización.
Cuando los seres vivos mueren y se descomponen, el fósforo contenido en su cuerpo se libera nuevamente en el agua o en el suelo como compuestos solubles de fósforo y el ciclo vuelve a comenzar.
Art. actualizado: Julio 2023; sobre el original de febrero, 2016.
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