24.6: Ciclos de la Materia
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Ciclos Biogeoquímicos
El agua y los elementos químicos que necesitan los organismos circulan continuamente a través de los ecosistemas, pasando repetidamente a través de sus componentes bióticos y abióticos. Estos ciclos se denominan ciclos biogeoquímicos porque son ciclos de químicos que incluyen tanto organismos (bio) como componentes abióticos como el océano o rocas (geo). A medida que la materia se mueve a través de un ciclo biogeoquímico, puede mantenerse durante varios períodos de tiempo en diferentes componentes del ciclo. Un componente de un ciclo biogeoquímico que retiene un elemento o agua durante un largo periodo de tiempo se llama reservorio. Por ejemplo, el océano profundo es un reservorio de agua. Puede retener el agua por miles de años.
El resto de este concepto analiza más de cerca cuatro ciclos biogeoquímicos particulares: los ciclos de agua, carbono y nitrógeno
Ciclo del Agua
El agua es esencial para todos los seres vivos de la Tierra porque prácticamente todas las reacciones bioquímicas tienen lugar en el agua. El agua puede disolver casi cualquier cosa, por lo que también proporciona una manera eficiente de transferir sustancias entre y dentro de las celdas. El ciclo del agua, también conocido como el ciclo hidrológico, describe el movimiento continuo del agua sobre, por encima y por debajo de la superficie de la Tierra. A medida que circula, el agua se mueve de una piscina o reservorio de intercambio a otra. En diferentes partes del ciclo, el agua existe como líquido (agua), sólido (hielo) o gas (vapor de agua). Por lo tanto, el ciclo del agua incluye varios procesos físicos por los cuales el agua cambia de estado.
Movimiento a través del ciclo del agua
- La evaporación ocurre cuando el agua en la superficie de la Tierra cambia a vapor de agua. Cuando el sol calienta el agua, da a las moléculas de agua suficiente energía para escapar a la atmósfera.
- La sublimación ocurre cuando el hielo y la nieve cambian directamente a vapor de agua sin fundirse primero para formar agua líquida. La sublimación se produce por el calor del sol.
- La transpiración ocurre cuando las plantas liberan vapor de agua a través de los poros foliares llamados estomas. Las plantas absorben más agua a través de sus raíces de la que necesitan para la fotosíntesis y otros procesos. Gran parte de este exceso de agua se desprende a través de la transpiración.
- La condensación es el proceso en el que el vapor de agua cambia a agua líquida, formando gotas de agua. Si hay suficientes gotas de agua presentes, pueden formar una nube visible. Si las gotitas se vuelven lo suficientemente grandes, caen a la Tierra debido a la gravedad como la precipitación, como lluvia, nieve, aguanieve o granizo.
- Las precipitaciones que caen sobre la tierra pueden fluir sobre la superficie del suelo. Esta agua se llama escorrentía, y eventualmente puede fluir hacia un cuerpo de agua.
- Parte de la precipitación que cae sobre la tierra puede empaparse en el suelo y convertirse en agua subterránea. El agua subterránea puede filtrarse fuera del suelo en un manantial o en un cuerpo de agua como un lago o el océano. Algunas aguas subterráneas pueden ser absorbidas por las raíces de las plantas. Algunos pueden fluir más profundamente bajo tierra a un acuífero.
Ciclo de Carbono
El carbono es la base de la vida en la Tierra. Cadenas de carbono unidas entre sí para formar la cadena principal de muchas moléculas bioquímicas. El carbono también es un componente importante de rocas y minerales, y el carbono existe en la atmósfera en compuestos como el dióxido de carbono. El ciclo del carbono es el ciclo biogeoquímico en el que el carbono se mueve a través de los componentes bióticos y abióticos de los ecosistemas. El ciclo del carbono está representado por el diagrama de la Figura\(\PageIndex{3}\).
El carbono gira rápidamente entre los organismos y la atmósfera. La respiración celular de los seres vivos libera carbono a la atmósfera como dióxido de carbono. La fotosíntesis por parte de productores como plantas elimina el dióxido de carbono de la atmósfera y lo utiliza para elaborar compuestos orgánicos de carbono. El carbono en los compuestos orgánicos se mueve a través de las comunidades ecosistémicas de productores a consumidores, según el modelo de cadenas alimentarias y redes alimentarias que muestran relaciones de alimentación. El carbono también se libera de nuevo al ambiente cuando los organismos se descomponen.
Varias acciones humanas liberan enormes cantidades de carbono adicional a la atmósfera. La más significativa de estas acciones es la quema de combustibles fósiles. Grandes cantidades de carbono en el gas metano también se liberan a la atmósfera a partir de la descomposición del estiércol de ganado y los desechos en los vertederos. Algunos eventos naturales también pueden agregar carbono rápidamente a la atmósfera. Los incendios forestales producen dióxido de carbono como producto de la combustión, y las erupciones volcánicas liberan dióxido de carbono de la roca fundida (magma). Las grandes erupciones volcánicas (como la de la Figura\(\PageIndex{4}\)) pueden liberar enormes cantidades de dióxido de carbono en un corto período de tiempo.
El carbono generalmente ciclos más lentamente a través de otros procesos. Por ejemplo, el agua corriente disuelve lentamente el carbono en las rocas, y la mayor parte de este carbono termina en el océano. La capa superior del agua del océano disuelve algo de dióxido de carbono de la atmósfera, y el carbono también ingresa al agua del océano a partir de la descomposición de los organismos acuáticos. El carbono de estas fuentes puede asentarse en el fondo del océano como sedimento. A lo largo de millones de años, este carbono puede formar combustibles fósiles o rocas que contienen carbono. El carbono puede permanecer en estos embalses por millones de años.
Ciclo de Nitrógeno
El nitrógeno constituye el 78 por ciento de la atmósfera terrestre. También es un elemento importante en los seres vivos. El nitrógeno es necesario para las proteínas, los ácidos nucleicos y muchas otras moléculas orgánicas, incluida la clorofila, sin la cual las plantas y otros fotoautótrofos no podrían realizar la fotosíntesis. El ciclo del nitrógeno es el ciclo biogeoquímico que recicla el nitrógeno a través de los componentes bióticos y abióticos de los ecosistemas. La figura\(\PageIndex{5}\) muestra cómo el nitrógeno circula a través de un ecosistema terrestre. El nitrógeno pasa a través de ecosistemas acuáticos en un ciclo similar.
Las plantas no pueden usar gas nitrógeno en el aire para elaborar compuestos orgánicos para sí mismas y para los organismos que los consumen. Sin embargo, pueden usar nitrógeno en forma de compuestos como los nitratos, que pueden absorber a través de sus raíces. El proceso de cambio de gas nitrógeno a nitratos se llama fijación de nitrógeno. Se lleva a cabo por bacterias, llamadas bacterias fijadoras de nitrógeno, que viven en el suelo o en las raíces de leguminosas como los guisantes. La fijación de nitrógeno es la principal fuente de nitrógeno utilizado por las plantas en la mayoría de los ecosistemas.
Cuando las plantas y otros organismos mueren o liberan desechos, los descomponedores descomponen sus compuestos orgánicos. En el proceso, liberan nitrógeno en forma de iones de amonio en el suelo. Los iones amonio pueden ser absorbidos por las raíces de las plantas. Los iones también pueden ser cambiados a nitratos por bacterias del suelo llamadas bacterias nitrificantes.
No todos los nitratos producidos por las bacterias fijadoras de nitrógeno y nitrificantes son utilizados por las plantas. Algunos de los nitratos son cambiados de nuevo a gas nitrógeno por bacterias del suelo llamadas bacterias desnitrificantes. Este nitrógeno regresa a la atmósfera, completando así el ciclo.
Revisar
- ¿Qué son los ciclos biogeoquímicos? Dar ejemplos de materia que tengan tales ciclos.
- Comparar y contrastar piscinas y reservorios de intercambio en ciclos biogeoquímicos. Dar un ejemplo de cada uno.
- ¿Cómo cambia el agua a medida que se mueve a través del ciclo del agua? Ilustra tu respuesta con ejemplos.
- La mayor parte del agua de la Tierra es agua salada en el océano, y la mayoría de las precipitaciones vuelven a caer en el océano. ¿Cómo se renueva continuamente el suministro de agua dulce de la Tierra?
- Describir lo que puede suceder con la precipitación líquida que cae sobre la tierra.
- ¿Qué es un acuífero? ¿Cómo pueden las personas acceder al agua de un acuífero?
- Nombrar dos reservorios de agua congelada.
- ¿Cómo funciona el ciclo del carbono entre los organismos y el medio ambiente?
- Explicar cómo las acciones humanas pueden cambiar el ciclo del carbono.
- Identificar algunos de los procesos abióticos que ciclan lentamente el carbono.
- ¿Cómo obtienen los seres vivos nitrógeno del medio ambiente?
- ¿Cómo se devuelve el nitrógeno a la atmósfera para completar el ciclo del nitrógeno?
- Verdadero o Falso. Las plantas están involucradas en el ciclo del agua.
- Verdadero o Falso. La mayoría de las precipitaciones caen al océano porque el agua del océano cubre gran parte de la superficie de la Tierra.
Atribuciones
- Agua por drfuenteshernandez vía licencia Pixabay
- Ciclo del agua de Mariana Ruiz Villarreal (LadyOFHats) para Fundación CK-12, CC BY-NC 3.0
- Ciclo de Carbono de Mariana Ruiz Villarreal (LadyOFHats) para Fundación CK-12, CC BY-NC 3.0
- Erupción del monte St. Helens por Austin Post, Dominio público, vía Wikimedia Commons
- Ciclo del Nitrógeno de Mariana Ruiz Villarreal (LadyOFHats) para Fundación CK-12, CC BY-NC 3.0
- Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0