Ciclos Biogeoquímicos: qué son, tipos, características, importancia, ventajas

Cuando hablamos de un ciclo biogeoquímicos o cambio de sustancias o ciclos de sustancias, nos estamos refiriendo a una vía por la cual una sustancia química se mueve a través de los compartimentos bióticos (biosfera) y abióticos (litosfera, atmósfera e hidrosfera) de la Tierra.

Existen ciclos biogeoquímicos para los elementos químicos calcio, carbono, hidrógeno, mercurio, nitrógeno, oxígeno, fósforo, selenio y azufre; ciclos moleculares para agua y sílice; ciclos macroscópicos como el ciclo de la roca; así como ciclos inducidos por el hombre para compuestos sintéticos como el bifenilo policlorado (PCB).

¿Qué son los ciclos biogeoquímicos?

Los ciclos biogeoquímicos se denominan para el ciclo de elementos biológicos, geológicos y químicos a través de la Tierra y su atmósfera. Mueven sustancias a través de la biosfera, litosfera, atmósfera e hidrosfera. Los ciclos son gaseosos y sedimentarios.

Los ciclos gaseosos incluyen nitrógeno, oxígeno, carbono y agua. Estos elementos circulan por evaporación, absorción por las plantas y dispersión por el viento. El proceso de ciclos sedimentarios incluyen la extracción de minerales y sales de la corteza terrestre, que luego se asientan como sedimento o roca antes de que se repita el ciclo.

La repetición de los ciclos es importante. Las plantas absorben dióxido de carbono y liberan oxígeno, haciendo que el aire sea respirable. Las plantas también adquieren nutrientes del sedimento. Los animales adquieren nutrientes de las plantas y otros animales, y la muerte de las plantas y los animales devuelve estos nutrientes al sedimento a medida que se descomponen.

El ciclo luego se repite y permite que otros seres vivos se beneficien. El ejemplo más simple de ciclos biogeoquímicos en el trabajo incluye el agua. El agua se evapora de los océanos, se condensa en forma de nubes y se precipita en forma de lluvia, que devuelve el agua a la tierra en un ciclo.

Cuando hablamos de un ciclo biogeoquímicos o cambio de sustancias o ciclos de sustancias, nos estamos refiriendo a una vía por la cual una sustancia química se mueve a través de los compartimentos bióticos (biosfera) y abióticos (litosfera, atmósfera e hidrosfera) de la Tierra

Tipos de ciclos biogeoquímicos más importantes

En términos generales, los ciclos biogeoquímicos se pueden dividir en dos tipos, el ciclo biogeoquímicos gaseoso y el ciclo biogeoquímicos sedimentario basado en el reservorio. Cada reservorio en un ciclo de nutrientes consiste en una porción abiótica y un grupo de intercambio, donde hay un intercambio rápido que ocurre entre los aspectos bióticos y abióticos.

Los ciclos gaseosos existen en la atmósfera (aire) o en los océanos a través de la evaporación. Los diferentes ciclos gaseosos son el ciclo del nitrógeno, el ciclo del carbono, el ciclo del oxígeno y el ciclo del agua.

Los ciclos sedimentarios tienen la corteza terrestre como el reservorio. Estos ciclos incluyen los componentes químicos que están más ligados a la tierra, como el hierro, el calcio, el azufre, etc. Los ciclos gaseosos se mueven más rápidamente en comparación con los ciclos sedimentarios. Una de las razones principales para esto podría ser el gran reservorio atmosférico.

Los ciclos biogeoquímicos más conocidos e importantes se muestran a continuación:

  • Ciclo del carbono
  • Ciclo del nitrógeno
  • Ciclo de nutrientes
  • Ciclo de oxigeno
  • Ciclo del fósforo
  • Ciclo del azufre
  • Ciclo de la roca
  • El ciclo del agua

Estos ciclos biogeoquímicos recientemente estudiados incluyen  el ciclo del mercurio, y el ciclo de PCB causado por el hombre.

¿Qué son los sistemas ecológicos (ecosistemas)?

Los sistemas ecológicos tienen muchos ciclos biogeoquímicos que funcionan como parte del sistema, por ejemplo, el ciclo del agua, el ciclo del carbono, el ciclo del nitrógeno, etc. Todos los elementos químicos que aparecen en los organismos son parte de los ciclos biogeoquímicos. Además de ser parte de los organismos vivos, estos elementos químicos también se desplazan a través de factores abióticos de ecosistemas como el agua (hidrosfera), la tierra (litosfera) y / o el aire (atmósfera).

Los factores vivos del planeta pueden denominarse colectivamente como la biosfera. Todos los nutrientes, como el carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre, utilizados por los organismos vivos en los ecosistemas son parte de un sistema cerrado; por lo tanto, estos productos químicos se reciclan en lugar de perderse y se repone constantemente como en un sistema abierto.

El flujo de energía en un ecosistema es un sistema abierto. El sol constantemente le da energía al planeta en forma de luz, mientras que finalmente se usa y se pierde en forma de calor a través de los niveles tróficos de una red alimenticia. El carbono se utiliza para hacer carbohidratos, grasas y proteínas, las principales fuentes de energía de los alimentos. Estos compuestos se oxidan para liberar dióxido de carbono, que las plantas pueden capturar para producir compuestos orgánicos. La reacción química es alimentada por la energía luminosa del sol.

Los ciclos biogeoquímicos se denominan para el ciclo de elementos biológicos, geológicos y químicos a través de la Tierra y su atmósfera

La luz solar se requiere para combinar carbono con hidrógeno y oxígeno en una fuente de energía, pero los ecosistemas en las profundidades marinas, donde la luz solar no puede penetrar, obtienen energía del azufre. El sulfuro de hidrógeno cerca de los respiraderos hidrotérmicos puede ser utilizado por organismos como el gusano de tubo gigante. En el ciclo del azufre, el azufre se puede reciclar para siempre como una fuente de energía. La energía se puede liberar a través de la oxidación y reducción de los compuestos de azufre (por ejemplo, oxidando el azufre elemental a sulfito y luego a sulfato).

Aunque la Tierra recibe constantemente energía del sol, su composición química es esencialmente fija, ya que los meteoritos solo agregan materia adicional ocasionalmente. Debido a que esta composición química no se repone como la energía, todos los procesos que dependen de estos productos químicos deben reciclarse. Estos ciclos incluyen tanto la biosfera viva como la litosfera, la atmósfera y la hidrosfera que no viven.

Ciclo del agua

La precipitación es un componente vital de cómo el agua se mueve a través del ciclo de agua de la Tierra, conectando el océano, la tierra y la atmósfera. Saber dónde llueve, cuánto llueve y el carácter de la lluvia, la nieve o el granizo que caen permiten a los científicos comprender mejor el impacto de las precipitaciones en arroyos, ríos, escorrentía superficial y aguas subterráneas. Las mediciones frecuentes y detalladas ayudan a los científicos a hacer modelos y determinar cambios en el ciclo del agua de la Tierra.

El ciclo del agua describe cómo el agua se evapora de la superficie de la tierra, sube a la atmósfera, se enfría y se condensa en lluvia o nieve en las nubes, y cae de nuevo a la superficie como precipitación. El agua que cae sobre la tierra se acumula en los ríos y lagos, el suelo y las capas porosas de roca, y gran parte de ella fluye hacia los océanos, donde una vez más se evaporará. El ciclo del agua dentro y fuera de la atmósfera es un aspecto significativo de los patrones climáticos en la Tierra.

Ciclo del azufre

El ciclo del azufre es la colección de procesos mediante los cuales el azufre se mueve entre rocas, vías fluviales y sistemas vivos. Tales ciclos biogeoquímicos son importantes en geología porque afectan a muchos minerales.

Los ciclos bioquímicos también son importantes para la vida porque el azufre es un elemento esencial, ya que es un componente de muchas proteínas y cofactores, y los compuestos de azufre se pueden usar como oxidantes o reductores en la respiración microbiana.

El ciclo global del azufre involucra las transformaciones de las especies de azufre a través de diferentes estados de oxidación, que juegan un papel importante tanto en los procesos geológicos como en los biológicos.

Los pasos del ciclo del azufre son:

  • Mineralización de azufre orgánico, esta mineralización se hace en formas inorgánicas, como sulfuro de hidrógeno (H2S), azufre elemental, así como minerales de sulfuro.
  • Oxidación de sulfuro de hidrógeno, sulfuro y azufre elemental (S) a sulfato (SO42−).
  • Otro de los pasos ocurre cuando se da el proceso de la reducción de sulfato, esto a sulfuro.
  • Incorporación de sulfuro en compuestos orgánicos (incluidos los derivados que contienen metales).

Estructura de 3′-fosfoadenosina-5′-fosfosulfato, un intermedio clave en el ciclo del azufre.

Estos a menudo se denominan como sigue:

Reducción de sulfato asimilativa en la que el sulfato (SO42−) se reduce por las plantas, los hongos y varios procariotas. Los estados de oxidación del azufre son +6 en sulfato y –2 en R – SH.

Desulfuración en la cual las moléculas orgánicas que contienen azufre pueden ser desulfuradas, produciendo gas de sulfuro de hidrógeno (H2S, estado de oxidación = -2). Un proceso análogo para los compuestos orgánicos de nitrógeno es la desaminación.

La oxidación del sulfuro de hidrógeno produce azufre elemental (S8), estado de oxidación = 0. Esta reacción ocurre en las bacterias fotosintéticas de azufre verde y púrpura y en algunos quimiolitotrofos. A menudo, el azufre elemental se almacena como polisulfuros.

La oxidación en azufre elemental por oxidantes de azufre produce sulfato.

Reducción de azufre disimilable en la que el azufre elemental se puede reducir a sulfuro de hidrógeno.

Reducción de sulfato disimilable en la que los reductores de sulfato generan sulfuro de hidrógeno a partir del sulfato.

Ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno es el ciclo biogeoquímicos mediante el cual el nitrógeno se convierte en múltiples formas químicas a medida que circula entre los ecosistemas atmosféricos, terrestres y marinos.

La conversión de nitrógeno puede llevarse a cabo a través de procesos biológicos y físicos. Los procesos importantes en el ciclo del nitrógeno incluyen la fijación, amonificación, nitrificación y desnitrificación. La mayoría de la atmósfera de la Tierra (78%) es nitrógeno de la atmósfera, lo que la convierte en la mayor fuente de nitrógeno.

Sin embargo, el nitrógeno atmosférico tiene una disponibilidad limitada para uso biológico, lo que lleva a una escasez de nitrógeno utilizable en muchos tipos de ecosistemas. El ciclo del nitrógeno es de particular interés para los ecólogos porque la disponibilidad de nitrógeno puede afectar la velocidad de los procesos claves del ecosistema, incluida la producción primaria y la descomposición.

Las actividades humanas como la combustión de combustibles fósiles, el uso de fertilizantes nitrogenados artificiales y la liberación de nitrógeno en las aguas residuales han alterado drásticamente el ciclo global del nitrógeno. La modificación humana del ciclo global del nitrógeno puede afectar negativamente al sistema del ambiente natural y también la salud humana.

Las plantas absorben dióxido de carbono y liberan oxígeno, haciendo que el aire sea respirable

Ciclo del fósforo

El ciclo del fósforo es el ciclo biogeoquímicos que describe el movimiento del fósforo a través de la litosfera, la hidrosfera y la biosfera. A diferencia de muchos otros ciclos biogeoquímicos, la atmósfera no desempeña un papel importante en el movimiento del fósforo, ya que los compuestos a base de fósforo generalmente son sólidos en los rangos típicos de temperatura y presión que se encuentran en la Tierra.

La producción de gas fosfina se produce únicamente en condiciones locales especializadas. Por lo tanto, el ciclo del fósforo debe verse desde todo el sistema terrestre y luego enfocarse específicamente en el ciclo en sistemas terrestres y acuáticos.

En la tierra, el fósforo se vuelve gradualmente menos disponible para las plantas durante miles de años, ya que se pierde lentamente en la escorrentía. La baja concentración de fósforo en los suelos reduce el crecimiento de las plantas y retarda el crecimiento microbiano del suelo, como se muestra en estudios de biomasa microbiana del suelo.

Los microorganismos del suelo actúan como sumideros y fuentes de fósforo disponible en el ciclo biogeoquimicos. A nivel local, las transformaciones de fósforo son químicas, biológicas y microbiológicas: las principales transferencias a largo plazo en el ciclo global, sin embargo, son impulsadas por movimientos tectónicos en el tiempo geológico.

Los seres humanos han provocado cambios importantes en el ciclo global del fósforo mediante el envío de minerales de fósforo y el uso de fertilizantes con fósforo, y también el envío de alimentos de las granjas a las ciudades, donde se pierde como efluente.

Ciclo del carbono

El ciclo del carbono es el ciclo biogeoquímico por el cual el carbono se intercambia entre la biosfera, pedosfera, geosfera, hidrosfera y atmósfera de la Tierra. El carbono es el componente principal de los compuestos biológicos, así como el componente principal de muchos minerales, como la piedra caliza.

Junto con el ciclo del nitrógeno y el ciclo del agua, el ciclo del carbono comprende una secuencia de eventos que son clave para que la Tierra sea capaz de sostener la vida. Describe el movimiento del carbono a medida que se recicla y se reutiliza en toda la biosfera, así como los procesos a largo plazo del secuestro y la liberación de carbono de los sumideros de carbono.

Características de los ciclos biogeoquímicos

La firma biogeoquímicos de la materia fluvial en el Ártico se investigó para establecer un fondo para rastrear material orgánico terrestre en el Océano Ártico. Las composiciones elementales y de lignina de materia orgánica particulada y disuelta (POM, DOM), relaciones estables de isótopos de carbono de POM y concentraciones de nutrientes se reportan en 12 ríos rusos a lo largo de 4000 km de costa.

Los 12 ríos representan aproximadamente el 43% del suministro de agua dulce al Océano Ártico. Nueve ríos drenan las áreas de tundra y taiga y tres ríos solo tundra. Las concentraciones de nutrientes nitrogenados y fosfato fueron bajas, mientras que los valores de silicato fueron generalmente altos con solo algunas excepciones.

Las concentraciones de carbono orgánico en partículas (POC) variaron entre 25.5 y 291 μmol / L, contribuyendo 0.4-2.1% al total de sedimentos suspendidos (SST). El carbono orgánico disuelto (DOC) con un rango de 230 a 1006 μmol / L C fue en promedio ocho veces más alto que el POC.

Las concentraciones de nitrógeno orgánico en partículas y disuelto fueron similares (aprox. 11 μmol / L N), lo que dio como resultado relaciones C / N cuatro veces más altas en la fracción disuelta (48) en comparación con la fracción en partículas (11).

Las relaciones de δ13C fueron uniformes (−25.6 a −27.4) y similares en los ríos de drenaje de taiga y tundra. La lignina de componente exclusivamente terrestre, determinada como fenoles de lignina después de la oxidación del óxido cúprico, osciló entre 5,6 y 37,6 nmol / L en la fracción particulada y de 34 a 319 nmol / L en la fracción disuelta.

Las proporciones de jeringilo / vainillilo (S / V) y cinamilo / vainillilo (C / V) de los fenoles de lignina en partículas y disueltos se correlacionaron significativamente con la proporción de tundra y taiga en las áreas de drenaje.

Esto es cierto a pesar de los diferentes procesos de formación y el grado diagenético de POM y DOM, como se desprende de las proporciones de ácido / aldehído de fenoles de vanillil [(Ad / Al) v].

Las tasas de exportación se calcularon a partir de los datos de carbono y lignina. Los 12 ríos estudiados transportan aproximadamente 10 × 1012 g de carbono orgánico total por año en el Océano Ártico.

La mayor proporción es descargada por el río Yenisey con aproximadamente 5 × 1012 g / año. La descarga total de lignina fue de aproximadamente 42 × 109 g / año. La contribución de la lignina al flujo total de carbono (0,26% de la exportación de carbono) fue casi insignificante, lo que no limita su calidad como indicador cuantitativo de los flujos de materia orgánica de las regiones de tundra y taiga.

Importancia de los ciclos biogeoquímicos

Los ciclos biogeoquímicos son importantes porque regulan los elementos necesarios para la vida en la Tierra mediante un ciclo a través de los aspectos biológicos y físicos del mundo. Los ciclos biogeoquímicos son una forma de reciclaje natural que permite la supervivencia continua de los ecosistemas.

Se denominan denominan para el ciclo de elementos biológicos, geológicos y químicos a través de la Tierra y su atmósfera. Los mismos ciclos se mueven sustancias a través de la biosfera, litosfera, atmósfera e hidrosfera. Los ciclos son gaseosos y sedimentarios. Los ciclos gaseosos incluyen nitrógeno, oxígeno, carbono y agua. Estos elementos circulan por evaporación, absorción por las plantas y dispersión por el viento. Estos ciclos son sedimentarios incluyen la extracción de minerales y sales de la corteza terrestre, que luego se asientan como sedimento o roca antes de que se repita el ciclo.

La repetición de los ciclos es importante. Las plantas absorben dióxido de carbono y liberan oxígeno, haciendo que el aire sea respirable. Las plantas también adquieren nutrientes del sedimento. Los animales adquieren nutrientes de las plantas y otros animales, y la muerte de las plantas y los animales devuelve estos nutrientes al sedimento a medida que se descomponen. El ciclo luego se repite y permite que otros seres vivos se beneficien.

El ejemplo más simple de ciclos biogeoquímicos en el trabajo incluye el agua. El agua se evapora de los océanos, se condensa en forma de nubes y se precipita en forma de lluvia, que devuelve el agua a la tierra en un ciclo.

El ciclo del agua describe cómo el agua se evapora de la superficie de la tierra, sube a la atmósfera, se enfría y se condensa en lluvia o nieve en las nubes, y cae de nuevo a la superficie como precipitación

Ventajas y desventajas de los ciclos biogeoquímicos

Las desventajas de los biogeoquímicos son:

Los ciclos biogeoquímicos más importantes que afectan la salud de los ecosistemas son los ciclos del agua, carbono, nitrógeno y fósforo. … Debido a que el ciclo del agua es fundamental para el funcionamiento de los ecosistemas terrestres, es probable que los cambios que afectan el ciclo hidrológico tengan impactos significativos en los ecosistemas terrestres.

Ventajas de los ciclos biogeoquímicos

En el planeta tierra existen numerosos seres vivos que forman parte del ecosistema donde el flujo de energía tiene lugar desde los productos primarios hasta los consumidores. Los productores primarios son capaces de producir energía en términos de moléculas de alimentos utilizando la luz solar como fuente externa de energía.

El alimento producido por los productores primarios como plantas es consumido por animales de naturaleza heterótrofa. El proceso implica la transferencia de energía en términos de alimentos y también implica la conversión química que se puede representar como ciclos biogeoquímicos. Los ciclos biogeoquímicos son procesos en los que diferentes elementos de la superficie terrestre están interconvertidos, de modo que los autótrofos pueden utilizarlos mejor.

Respirando, los animales y los humanos toman el aire del oxígeno que producen las plantas y luego exhalan dióxido de carbono. Las plantas, a su vez, producen el dióxido de carbono que los animales y los humanos exhalan, para su uso en el proceso de la fotosíntesis.

Si los gases de la atmósfera y otros recursos vitales como el agua se usará solo una vez, se agotarán rápidamente. Estos recursos han sido y están siendo utilizados por los seres vivos durante millones de años; esto significa que en este momento respiramos el mismo oxígeno que los respirados dinosaurios

Es el proceso por el cual el nitrógeno se convierte entre sus diversas formas químicas. Esta transformación puede llevarse a cabo a través de procesos tanto biológicos como físicos.

Los procesos importantes en el ciclo del nitrógeno incluyen la fijación, amonificación, nitrificación y desnitrificación. La mayor parte de la atmósfera de la Tierra (78%) es nitrógeno,  lo que la convierte en la mayor reserva de nitrógeno.

Sin embargo, el nitrógeno atmosférico tiene una disponibilidad limitada para uso biológico, lo que lleva a una escasez de nitrógeno utilizable en muchos tipos de ecosistemas.

El ciclo del nitrógeno es de particular interés para los ecólogos porque la disponibilidad de nitrógeno puede afectar la velocidad de los procesos clave del ecosistema, incluida la producción primaria y la descomposición. Las actividades humanas, como la combustión de combustibles fósiles, el uso de fertilizantes nitrogenados artificiales y la liberación de nitrógeno en las aguas residuales han alterado dramáticamente el ciclo global del nitrógeno.

¿Por qué es importante estudiar los ciclos biogeoquímicos?

Los cálculos sobre biotransformaciones dan una indicación de las perturbaciones humanas en los ciclos biogeoquímicos (por ejemplo, la generación de metano en los campos de arroz).

¿Cómo se estudian los ciclos biogeoquímicos?

Los cálculos de biotransformaciones se pueden lograr al dividir la tierra en una serie de compartimentos: atmósfera tierra océano (agua y sedimentos) corteza terrestre (superficie) Cada compartimento es un depósito dentro del cual se almacena un elemento durante un período de tiempo definido.

¿Qué ciclos biogeoquímicos son claves para la vida?

El agua, que contiene hidrógeno y oxígeno, es esencial para los organismos vivos. ¡Eso coloca al ciclo del agua bastante alto en la lista de ciclos que nos importa!

La hidrosfera, el conjunto de lugares donde se puede encontrar agua a medida que circula en la Tierra, es grande y diversa. El agua está presente como líquido en la superficie de la Tierra y debajo del suelo, como el hielo en los casquetes polares y los glaciares, y como el vapor de agua en la atmósfera. Para obtener más información sobre cómo los ciclos del agua entre estas formas, consulte el artículo sobre el ciclo del agua.

El agua constituye más de la mitad de nuestros cuerpos, pero los humanos no pueden vivir solo por el agua. En cambio, hay algunos otros elementos clave que mantienen a nuestros cuerpos funcionando y son parte de los ciclos biogeoquímicos:

El carbono se encuentra en todas las macromoléculas orgánicas y también es un componente clave de los combustibles fósiles.

El azufre es clave para la estructura de la proteína y se libera a la atmósfera mediante la quema de combustibles fósiles.

Estos ciclos no ocurren de forma aislada, y el ciclo del agua es un impulsor particularmente importante de otros ciclos biogeoquímicos. El océano también es un reservorio importante, el tanque de retención, para el carbono.

Si bien cada elemento o compuesto toma su propia ruta, todos estos nutrientes químicos clave se desplazan por la biosfera, moviéndose entre los mundos bióticos, vivientes y abióticos, no vivos, y de un organismo vivo a otro.

La energía fluye, pero la materia se recicla.

Sin embargo, los componentes químicos que forman los organismos vivos son diferentes: se reciclan.

¿Qué significa eso? Por un lado, los átomos en tu cuerpo no son nuevos. En cambio, han estado recorriendo la biosfera durante mucho, mucho tiempo, y han sido parte de muchos organismos y compuestos no vivos en el camino. ¡Puede o no creer en la reencarnación como un concepto espiritual, pero no hay duda de que los átomos en su cuerpo han sido parte de una gran cantidad de cosas vivas y no vivas a lo largo del tiempo!

Conclusiones

  • Cuando hablamos de un ciclo biogeoquímicos o cambio de sustancias o ciclos de sustancias, nos estamos refiriendo a una vía por la cual una sustancia química se mueve a través de los compartimentos bióticos (biosfera) y abióticos (litosfera, atmósfera e hidrosfera) de la Tierra.
  • Estos ciclos biogeoquímicos se denominan para el ciclo de elementos biológicos, geológicos y químicos a través de la Tierra y su atmósfera. De igual forma mueven sustancias a través de la biosfera, litosfera, atmósfera e hidrosfera. Estos ciclos son gaseosos y sedimentarios.
  • En términos generales, los ciclos biogeoquímicos se pueden dividir en dos tipos, el ciclo biogeoquímicos gaseoso y el ciclo biogeoquímicos sedimentario basado en el reservorio. Cada reservorio en un ciclo de nutrientes consiste en una porción abiótica y un grupo de intercambio, donde hay un intercambio rápido que ocurre entre los aspectos bióticos y abióticos.
  • La precipitación es un componente vital de cómo el agua se mueve a través del ciclo de agua de la Tierra, conectando el océano, la tierra y la atmósfera,
  • Estos ciclos biogeoquímicos son importantes porque regulan los elementos necesarios para la vida en la Tierra mediante un ciclo a través de los aspectos biológicos y físicos del mundo.

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