Instituto Tecnológico Superior de Misantla Asignatura: Desarrollo Sustentable Carrera: Ingeniería en Tecnologías de la Información y la Comunicación Clave de la asignatura: ACD-0908 Créditos: 2-3-5 Ciclo escolar: SEPTIEMBRE 2021-ENERO 2022 Ángel Jahir Ocaña Argüelles Lázaro Cárdenas, #120, Colonia Rafael Ramírez Lavoignet, Misantla, Veracruz [email protected] 228 377 37 50 Ciclos biogeoquímicos Denominados como ciclos biogeoquímicos, a aquellos donde existe una conexión y movimientos entre los elementos bióticos y abióticos, con único propósito de que la energía pueda fluir a través de los ecosistemas. La palabra biogeoquímico, termina siendo un término que señala los movimientos cíclicos de los elementos biológicos cruciales para la vida. Existiendo en nuestro planeta 5 ciclos sumamente importantes los cuales son: el ciclo hidrológico, el ciclo del nitrógeno, el ciclo del carbono, el ciclo del oxígeno y el ciclo del fósforo. Estos ciclos existen, gracias a la escases y a la limitación que tienen algunos recursos que residen en nuestro planeta. Dichos recursos, deben ser reutilizados con la finalidad de evitar el agotamiento de estos, teniendo en cuenta, que son importantes para que la vida permanezca en la tierra. Por eso, es necesario que los ciclos se lleven a cabo cada que un organismo vivo llegue a su fin, los elementos químicos que se generan de manera natural durante su descomposición puedan ser aprovechados por otros organismos. Por otra parte, la actividad humana interviene en estos ciclos por razones varias, y acelerar o retrasar el uso de estos recursos. Un principal factor para que los ciclos se lleven a cabo, es gracias a la energía que fluye de manera abierta en el ecosistema producida de manera directa o indirecta del sol. Tipos de ciclos biogeoquímicos. Mencionado anteriormente, los ciclos biogeoquímicos de suma importancia son 5: 1.- Ciclo hidrológico o del agua Se denomina como ciclo hidrológico o ciclo del agua al conjunto de procesos por el cual circula y se transforma el agua en la Tierra. El agua cambia de estado según el proceso en el que se encuentre, pasando de vapor a líquido, y de líquido a sólido. Es uno de los pocos elementos que tiene esa capacidad y que es vital para que se desarrolle y mantenga la vida en el planeta. Fase 1: Evaporación El ciclo del agua comienza con la evaporación. La evaporación ocurre cuando el sol calienta la superficie de las aguas de los ríos, lagos, lagunas, mares y océanos. El agua, entonces, se transforma en vapor y sube a la atmósfera, donde tendrá lugar la siguiente fase: la condensación. Fase 2: Condensación La siguiente etapa del ciclo del agua es la condensación. Durante esta fase, el vapor de agua que ha subido a la atmósfera gracias a la evaporación, se concentra en gotas que formarán nubes y neblina. Una vez allí, el agua pasará a su estado líquido nuevamente, lo que nos lleva al próximo paso: la precipitación. Fase 3: Precipitación La precipitación es el tercer paso en el ciclo del agua. Tiene lugar cuando el agua condensada de la atmósfera desciende a la superficie en forma de pequeñas gotas. Fase 4: Infiltración La cuarta etapa del ciclo del agua es la infiltración. Se conoce como infiltración el proceso en el cual el agua que ha caído en la superficie terrestre como consecuencia de las precipitaciones penetra en el suelo. Una parte es aprovechada por la naturaleza y los seres vivos, mientras que la otra se incorpora a las aguas subterráneas. Fase 5: Escorrentía La escorrentía es la etapa final del ciclo del agua. Esta fase comprende el desplazamiento del agua a través de la superficie, gracias a los declives y accidentes del terreno, para entrar de nuevo en los ríos, lagos, lagunas, mares y océanos, lo que constituye la vuelta al inicio del ciclo. Importancia El ciclo del agua es fundamental para el mantenimiento de la vida en la Tierra y para el sustento de todos los ecosistemas terrestres. Asimismo, determina la variación climática e interfiere en el nivel de los ríos, lagos, mares y océanos. 2.- Ciclo del nitrógeno El ciclo del nitrógeno es un proceso biológico y abiótico mediante el cual se puede suministrar este elemento químico a los seres vivos (ya que no se puede utilizar el nitrógeno en su estado puro), a fin de que lo absorban del agua, aire o tierra. Es un ciclo que se realiza en corto tiempo y es gaseoso. El ciclo del nitrógeno consta de varios procesos que deben realizarse para que el nitrógeno pueda ser aprovechado por los seres vivos. Por tal razón, el ciclo del nitrógeno se desarrolla tras un proceso bien definido de pasos, que incluye procesos físicos, químicos y biológicos. Fijación biológica Los seres vivos no pueden absorber el nitrógeno en estado gaseoso como se encuentra en la atmósfera, por eso debe ser transformado en nitrógeno orgánico, el cual se alcanza a través de la fijación biológica por medio de bacterias simbióticas que viven en las plantas y absorben el nitrógeno que obtiene el suelo. El nitrógeno llega a la tierra por la energía desprendida de los rayos que se desprenden de las tormentas eléctricas al enviar de nuevo al suelo el nitrógeno por medio de las precipitaciones. Cadena alimenticia El nitrógeno entra en la cadena alimenticia una vez los vegetales y las plantas lo obtienen del suelo; de allí pasa a los animales herbívoros y de estos a los carnívoros. Amonificación Se refiere a la transformación química del nitrógeno que fue consumido y absorbido por plantas y animales, que una vez muertos se descomponen y desprenden nitrógeno amoniacal. Nitrificación y desnitrificación En este proceso, el nitrógeno amoniacal vuelve a estar contenido en el suelo y es aprovechado por las plantas como nitrógeno nítrico (nitrificación). No obstante, estos nitratos pueden volver a la atmósfera a través de la desnitrificación (cuando se reduce el nitrato a nitrógeno gaseoso) o por lixiviación (al disolverse en el agua) y llegar a los lagos y ríos. Ciclo del nitrógeno y actividad humana Existen diversas actividades humanas que afectan negativamente el ciclo del nitrógeno. Por ejemplo, fertilizar excesivamente los suelos, la tala de árboles, el cultivo intensivo, las centrales térmicas o el combustible de los vehículos afectan notoriamente a este ciclo porque repercute en los niveles de nitrógeno en estado natural y se genera mayores niveles de contaminación. 3.- Ciclo del carbono El carbono es un elemento que se encuentra presente en la atmósfera, los océanos y en la tierra, y su ciclo es vital para que este elemento pueda circular a través de la tierra, los océanos y la atmósfera a fin de ser aprovechado por los seres vivos. Este ciclo es uno de los más importantes para que se preserve el equilibrio de la biósfera, pues incluye procesos físicos, químicos y biológicos En el ciclo del carbono, el carbono se transfiere o se mueve entre los cuatro reservorios donde se encuentra en diferentes estados: Atmósfera, donde se encuentra en forma de dióxido de carbono (CO2) al juntarse con el oxígeno en forma de gas. Biósfera terrestre, se encuentra en los elementos que componen los ecosistemas terrestres y costeros, en la materia orgánica no viva, y en el suelo. Océanos, forma parte de la hidrósfera, se encuentra en el carbono orgánico disuelto, en los organismos marinos y en las materias no vivas. Sedimentos: forma parte de la geósfera, se encuentra en los fósiles y los combustibles fósiles. Ciclo del carbono comienza con el dióxido de carbono en la atmósfera, el cual es absorbido junto con la luz solar por las plantas en el proceso de fotosíntesis para su crecimiento y alimentación. Cuando las plantas mueren son absorbidas por el suelo que, después de millones de años, transforma el carbono en fósiles y combustibles fósiles como el carbón, el petróleo, el gas natural y el gas licuado. Cuando usamos estos combustibles fósiles, el carbono es nuevamente transformado, entrando en la atmósfera como dióxido de carbono. Las plantas también mueren al ser comidas por los animales. Los animales transforman el carbono de las plantas en azúcares. La respiración del animal devuelve el carbono a la atmósfera también en forma de dióxido de carbono. El ciclo del carbono repite este intercambio con todos los seres y reservorios donde se divide en un ciclo rápido o biológico y un ciclo lento y geológico. 4.- Ciclo del oxígeno El ciclo del oxígeno representa el proceso y las reacciones por las que pasa este elemento para poder circular en la atmósfera de la tierra. Es un ciclo complejo porque es un elemento que es utilizado y liberado por los seres vivos a través de diferentes procesos químicos. El oxígeno (O2) en estado gaseoso y como gas carbono (CO2) es utilizado en la respiración de animales y plantas. Por su parte, los animales y seres humanos usamos y reciclamos continuamente el oxígeno para poder respirar y, por tanto, vivir. La importancia del ciclo del oxígeno radica en lo imprescindible que es este elemento para la vida en el planeta. El proceso de transformación de su recorrido se define como un ciclo biogeoquímico. En este sentido, el oxígeno pasa por mutaciones físicas, químicas, geológicas y biológicas en el proceso. El ciclo del oxígeno se manifiesta en dos tipos de procesos: ciclo lento o geológico y ciclo rápido o biológico. Los ciclos lentos o geológicos son aquellos que forman parte del proceso geológico de la Tierra como, por ejemplo, el ciclo hidrológico. El ciclo hidrológico es el recorrido que hacen dos moléculas de oxígeno junto con una molécula de hidrógeno por la superficie y el interior de la Tierra, a través de las etapas de evaporación, condensación, precipitación, infiltración y escorrentía. Los ciclos rápidos o biológicos son aquellos que constituyen parte de los procesos biológicos de los seres vivos. Los ciclos rápidos o biológicos del oxígeno son la respiración que se manifiesta en dos pasos: la absorción del oxígeno y liberación del dióxido de carbono. Asimismo, la fotosíntesis también forma parte de los ciclos biológicos del oxígeno que se resume en los mismos dos pasos que la respiración, pero absorbiendo dióxido de carbono y liberando oxígeno. 5.- Ciclo del fósforo Es un ciclo muy importante por la escasa cantidad de fósforo que existe, en comparación con otros elementos. Este es un ciclo sedimentario y, por tanto, más lento, porque este elemento circula principalmente en el suelo y las aguas. El fósforo es un elemento fundamental para el crecimiento de los ecosistemas, en especial en el acuático. Pasos del ciclo del fósforo El fósforo es el elemento más escaso, de allí que su presencia sea fundamental para el crecimiento de los ecosistemas, principalmente los acuáticos. Ciclo del fósforo en tierra firme El fósforo es tomado en forma de fosfatos por los seres vivos, gracias al proceso de meteorización de las rocas, ya que las rocas, al descomponerse, liberan fosfatos. Estos fosfatos pasan a través del suelo a los vegetales, y de estos a los animales que se alimentan de las plantas o de otros animales que los hayan obtenido, y son devueltos al suelo a través de sus excrecencias. Ya en el suelo, los descomponedores actúan sobre los excrementos animales, volviendo a producir fosfatos. Asimismo, el fósforo también puede ser liberado durante la descomposición de cadáveres. De allí, pasa a los organismos vegetales en forma de fosfato orgánico. El ser humano es también responsable de la movilización del fósforo cuando explota rocas que contienen fosfatos. Ciclo del fósforo en el mar Una parte de los fosfatos llega al mar transportado por las corrientes hídricas terrestres. Allí son tomados por las algas, los peces y las aves marinas; estas últimas, al excretar, producen guano, un tipo de abono aprovechado por la agricultura, rico en fosfato. Por su parte, en el fondo del mar, los restos de los animales marinos dan lugar a rocas fosfatadas. De las rocas, se libera fósforo en el suelo, que es a su vez aprovechado por las plantas y los animales que se alimenten de estas. El fósforo no toma forma de fluidos volátiles (como sí ocurre con el nitrógeno, el carbono y el azufre), lo que le permitiría pasar del mar a la atmósfera y de esta a la tierra. Por eso, solo hay dos formas en que el fósforo que ha llegado al mar retorne a los ecosistemas terrestres: Por acción de las aves marinas, que lo devuelven a tierra a través de sus excrementos Mediante el levantamiento de los sedimentos del océano a tierra firme, proceso geológico que puede llevar miles de años. Importancia El fósforo es esencial para la vida en el planeta. Es considerado el nutriente limitante, pues, ya que es el más escaso, restringe el crecimiento en los ecosistemas acuáticos. El fósforo, además, se encuentra en los ácidos nucleicos (ADN), en las células, en los huesos, en los dientes, en el adenosín trifosfato (ATP) y su rol es fundamental en la fotosíntesis. 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