LOS CICLOS DE LA MATERIA.

LOS CICLOS DE LA MATERIA.
Biología y Ciencias d e la Tierra y Medio Ambiente
A diferencia de la energía la materia se mueve por los integrantes de los
ecosistemas de forma cíclica: los distintos elementos químicos pasan de estar
constituyendo la materia inorgánica a formar parte de los seres vivos para, de nuevo, forma
parte del mundo inorgánico.
Aunque ciclos de los elementos hay muchos, vamos a ver sólo aquellos más
importantes.
CICLO DEL NITROGENO.
PRODUCTORES
CONSUMIDORES
DESCOMPONEDORES
amonificación
NH4+
desnitrificación
N2
nitratación
NO3-
NO2-
nitrosación
El N es necesario para los seres vivos, ya que es un elemento constituyente de los
aminoácidos que forman las proteínas. Sin embargo sus presencia en la biosfera es
mínima.
La atmósfera contiene un 78% de nitrógeno que sólo puede ser aprovechado por
algunas bacterias (también algunos hongos) que acaban por transformarlo en nitrato. El
proceso contrario, la desnitrificación, es producido por algunas bacterias, originando una
pérdida de la fertilidad del suelo.
Los nitratos captados por los vegetales sirven para formar proteínas y otros
compuestos orgánicos. El nitrógeno de dichos compuestos a los consumidores cuando los
vegetales son comidos. Al morir los organismos o los restos expulsados son recogidos por
algunas bacterias y hongos, que mediante el proceso de la amonificación los transforman
en amoníaco, que pasa a ión amonio al disolverse en agua..
El amoníaco del suelo se convierte en nitratos mediante la nitrificación. Esta
transformación requiere dos transformaciones y dos clases de bacterias: la nitrosación
(paso de amoníaco a nitritos) y la nitratación (paso de nitritos a nitratos)
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Además del N atmosférico, existen otros componentes nitrogenados que se mueven
con una mayor facilidad de unos sistemas terrestres a otros como son el amoniaco que
procede las emanaciones volcánicas o de la putrefacción de los organismos y los NOx que
se forman espontáneamente a partir del N2 durante las tormentas (fijación atmosférica).
Los NOx atmosféricos reaccionan con el agua formando ácido nítrico, que cae con la
lluvia. Al llegar al suelo reaccionan con sus componentes formando nitratos que las plantas
asimilan.
En principio, el nitrógeno constituye un elemento limitante de la producción
primaria, tras el fósforo, pero, a diferencia de este último, existe microorganismos (capaces
de captarlo directamente de la atmósfera (fijación biológica) transformando la forma inerte
de N2 en otra aprovechable por las plantas (nitratos).
Dentro de estos microorganismos hay bacterias de vida libre como el género
Azotobacter o cianobacterias que forman parte del fitoplancton. Otras viven en simbiosis
con algunas plantas presentes en las raíces de las leguminosas, como es el caso del género
Rhizobium.
Las bacterias nitrificantes son capaces de transformar el amoniaco resultante de los
procesos de putrefacción en nitratos asimilables por las plantas según las reacciones de
nitrificación:
NH3----Nitrosomas----NO2- -----Nitrobacter------NO3- (nitratos asimilables por las
plantas9
Las bacterias desnitrificantes empobrecen el suelo pues transforman los nitratos en
N2 que se pierde hacia la atmósfera. Estas bacterias actúan en sitios encharcados y
condiciones anaerobias.
Algunas intervenciones humanas en el ciclo del nitrógeno:
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Los procesos de combustión a altas temperaturas en los que entra el aire cargado en
nitrógeno en la cámara de combustión de los motores y ambos reaccionan
formando moléculas de NO2 que se liberan a la atmósfera y forman la lluvia ácida
que al caer al suelo aumenta la cantidad de nitratos.
La fijación industrial del nitrógeno atmosférico para convertirlo en amoniaco y
fertilizantes.
El abonado excesivo de los cultivos que provoca una liberación de N2O, gas que
contribuye al efecto invernadero. Además algunas aguas arrastran una gran
cantidad de nitratos sobrantes con lo que se eutrofizan y disminuye su calidad.
Actividades que fomenten condiciones anaeróbicas (riego) favorecen la acción de
bacterias desnitrificantes que liberan N2 a la atmósfera.
CICLO DEL CARBONO
El carbono se encuentra en la atmósfera e hidrosfera como anhídrido carbónico,
metano, monóxido de carbono y bicarbonato.
El anhídrido carbónico se incorpora a los productores por la fotosíntesis y de allí
pasa a los consumidores (cuando se los comen) y a los descomponedores (bacterias y
hongos, fundamentalmente).
La respiración de los productores y consumidores devuelve el carbono en forma
de anhídrido carbónico al medio. Con la descomposición de los restos orgánicos en los
ecosistemas (zonas pantanosas, sobre todo) o en el tubo digestivo de algunos animales
(termitas y herbívoros, fundamentalmente) se produce metano que pasa a la atmósfera y
puede ser convertido en anhídrido carbónico por algunos micororganismos.
CO2 , CO, CH4, HCO3
ATMOSFERA o HIDROSFERA
respiración
fotosíntesis
respiración y
descomposición
DESCOMPONEDORES
respiración
PRODUCTORES
CONSUMIDORES
CARBON, PETROLEO
ROCAS CARBONATADAS
Y SILICATADAS
FONDOS OCEÁNICOS
A veces dichos restos quedan enterrados en ambientes anaerobios y se transforman
al cabo de mucho tiempo en carbón o petróleo, por cambios de presión , temperatura y la
actividad de bacterias anaerobias Otras veces se forman precipitados de rocas
carbonatadas y silicatadas por acción fisicoquímica o biológica. También en las aguas
profundas de los océanos pueden quedar acumuladas grandes cantidades de metano. De
esta forma, se retiran grandes cantidades de carbono de la atmósfera.
La actividad volcánica sobre las rocas, la combustión de los combustibles fósiles
y cambios en las condiciones ambientales de los fondos oceánicos, devuelven el
carbono que de una u otra forma había sido retirado del ciclo.
El ciclo del oxígeno y del carbono se relacionan con la fotosíntesis y la
respiración. En la fotosíntesis se absorbe anhídrido carbónico y se desprende oxígeno, al
contrario que en la respiración.
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Intercambio biosfera-atmósfera e hidrosfera
Viene dado por los procesos de fotosíntesis en los cuales el carbono es retenido o fijado
por los seres fotosintéticos y es devuelto por la respiración y procesos de fermentaciones.
Intercambio atmósfera-hidrosfera
La atmósfera y la hidrosfera intercambian CO2 y otros gases por difusión directa.
Intercambio atmósfera-litosfera
Paso del CO2 de la atmósfera a la litosfera.
Al ocurrir paralelamente al ciclo geológico será de una gran duración.
El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua para formar ácido carbónico que
ataca a los carbonatos y silicatos con la producción de iones bicarbonato y calcio y sílice
disuelta. Se gasta más CO2 para meteorizar rocas silicatadas que rocas carbonatadas
Al llegar al mar, los animales transforman nuevamente el bicarbonato y los iones de calcio
en carbonato cálcico para incorporarla a sus tejidos. Estos organismos acabarán formando
parte de las rocas carbonatadas.
En ciertas ocasiones la materia orgánica puede quedar sepultada formando carbón y
petróleo lo que supone una rebaja de sus niveles atmosféricos y por lo tanto del efecto
invernadero.
De esta manera la formación de rocas carbonosas y carbonatadas actúan como sumidero de
CO2.
Si aumentase la temperatura del océano disminuiría la cantidad de CO2 disuelta en el agua
que se liberaría a la atmósfera realimentando positivamente el efecto invernadero
Retorno de CO2 de la litosfera a la atmósfera
El enterramiento de algunas rocas carbonatadas acaba produciendo una fusión parcial de
dichas rocas. La conclusión final es la liberación del CO2 que escapa a la atmósfera
durante las erupciones volcánicas, además de CO y CH4.
Influencia humana en el ciclo del carbono
La humanidad acelera el paso de CO2 desde los subsistemas a la atmósfera. Lo libera de la
Biosfera con la quema de biomasa y deforestación; de la hidrosfera mediante la influencia
en el cambio de temperaturas y de la geosfera mediante la quema de combustibles fósiles.
La consecuencia es el aumento del efecto invernadero y el incremento de las temperaturas.
Resumiendo:
Procesos que retiran CO2 de la atmósfera (sumideros)
 La actividad de los seres vivos. La fotosíntesis capta el CO2
 Formación de rocas carbonosas y carbonatadas.
 La disolución en el agua del CO2 atmosférico para meteorizar las rocas y
formación de bicarbonatos solubles.
Procesos que liberan CO2 a la atmósfera:
 La respiración
 La descomposición de la materia orgánica a cargo de los microorganismos
(fermentaciones).
 Las combustiones
 El aumento de temperatura de las aguas
 La meteorización por carbonatación de las calizas y rocas silicatadas
 Los fenómenos volcánicos
Las principales actividades humanas que intervienen en el ciclo son:
 La combustión de materiales para la obtención de energía. Combustión de
combustibles fósiles
 La eliminación masiva de organismos autótrofos. Talas, incendios,
sobreexplotación de bosques, etc.
CICLO DEL FOSFORO.
MEDIO TERRESTRE
MEDIO MARINO
ríos
Capas superiores
DESCOMPONEDORES
CONSUMIDORES
PRODUCTORES
PRODUCTORES
CONSUMIDORES
DESCOMPONEDORES
afloramientos
minerales
guano
fondos
El P se encuentra en la litosfera mayoritariamente inmovilizado en minerales y
sedimentos oceánicos. Su proceso de liberación es muy lento por depender del ciclo
geológico, razón por la cual constituye el principal factor limitante, considerándose por
ello un recurso no renovable. El tiempo de permanencia en los ecosistemas terrestres es de
100 a 10000 años,
La meteorización produce ortofosfato que es transportado por los ríos hasta los
mares o es incorporado a los productores terrestres para luego pasar a los consumidores
y descomponedores terrestres, de donde también puede pasar a los ríos.
De las capas superficiales de los mares es tomado por los productores marinos
y de aquí pasa a los consumidores y descomponedores marinos.
Los descomponedores lo liberan y se acumula en los fondos marinos. Por diversas
causas se pueden producir afloramientos de estas aguas profundas que lo ponen a
disposición de nuevo a los productores.
El fósforo es un elemento limitante de la productividad de los mares ya que es
fundamental para los productores. Los lugares de dichos afloramientos (costas del Sahara,
California, Perú,...) son especialmente ricos en peces por tener a su disposición ingentes
cantidades de fitoplancton y zooplancton. También existe una gran cantidad y diversidad
de aves marinas, que al descansar en las costas e islas, acumulan grandes masas de
deyecciones que forman el guano. De esta forma el fósforo puede volver de nuevo a la
tierra.
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Actividades humanas que intervienen en el ciclo :
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El abuso de fertilizantes químicos, detergentes con fosfatos, aceleran el ciclo del P ya
que favorecen el aumento en la precipitación de sedimentos. También favorecen la
eutrofización
La corriente de afloramiento y el oleaje retrasa la sedimentación de P por hacer que
haya un aumento de la pesca la cual si es extraída produce un descenso de P del
ecosistema.
Extracción de rocas fosfatadas
Fabricación industrial de fosfatos