Ciclos biogeoquímicos

Vida, Hombre y Biodiversidad
Ciclos Biogeoquímicos
Profesor
Alumno:
2015
MELECIO BELISARIO CARLOS REYES
ANGEL ALCÁNTARA ALZAMORA

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Ciclo Biogeoquímico del Carbono

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El carbono es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, porque
proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos y otras moléculas esenciales para
la vida contienen carbono.
Se lo encuentra como dióxido de carbono en la atmósfera, en los océanos y en los
combustibles fósiles almacenados bajo la superficie de la Tierra.
El movimiento global del carbono entre el ambiente abiótico y los organismos se
denomina ciclo del carbono.

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El ciclo básico comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del
dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera o disuelto en el agua. El carbono (del
CO2) pasa a formar parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono, grasas y
proteínas, y el oxígeno es devuelto a la atmósfera o al agua mediante la respiración. Así, el
carbono pasa a los herbívoros que comen las plantas y de ese modo utilizan, reorganizan y
degradan los compuestos de carbono.
Gran parte de éste carbono es liberado:
En forma de CO2 por la respiración, o como producto secundario del metabolismo,
pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros, que se
alimentan de los herbívoros.
En última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por
descomposición, y el carbono que es liberado en forma de CO2, es utilizado de nuevo
por las plantas.

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En resumen, los pasos más importantes del ciclo del carbono son los siguientes:
El dióxido de carbono de la atmósfera es absorbido por las plantas y convertido en
azúcar, por el proceso de fotosíntesis.
Los animales comen plantas y al descomponer los azúcares dejan salir carbono a la
atmósfera, los océanos o el suelo.
Bacterias y hongos descomponen las plantas muertas y la materia animal,
devolviendo carbono al medio ambiente.
El carbono también se intercambia entre los océanos y la atmósfera. Esto sucede en
ambos sentidos en la interacción entre el aire y el agua.

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Combustibles fósiles:
En algunos casos el carbono presente en las moléculas biológicas no regresa
inmediatamente al ambiente abiótico, por ejemplo el carbono presente en la madera de
los árboles. O el que formó parte de los depósitos de hulla a partir de restos de árboles
antiguos que quedaron sepultados en condiciones anaerobias antes de descomponerse.
Hulla, petróleo y gas natural son llamados combustibles fósiles porque se formaron a
partir de restos de organismos antiguos y contienen grandes cantidades de compuestos
carbonados como resultado de la fotosíntesis ocurrida hace millones de años.
Efecto invernadero:
A través de las actividades humanas se liberan grandes cantidades de carbono a la
atmósfera a un ritmo mayor de aquel con que los productores y el océano pueden
absorberlo, éstas actividades han perturbado el presupuesto global del carbono,
aumentando, en forma lenta pero continua el CO2 en la atmósfera; propiciando cambios
en el clima con consecuencias en el ascenso en el nivel del mar, cambios en las
precipitaciones, desaparición de bosques , extinción de organismos y problemas par la
agricultura.
Como el CO2 y otros gases capturan la radiación solar de manera semejante al vidrio de
un invernadero, el calentamiento global producido de este modo se conoce como efecto
invernadero.

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El ciclo biogeoquímico describe el movimiento de oxígeno entre sus tres depósitos
principales:
Ciclo Biogeoquímico del Oxígeno
1. Atmósfera (aire)
2. Biosfera (cosas que viven)
3. Litosfera (Corteza de tierra).

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El factor principal que conduce el ciclo del
oxígeno es fotosíntesis, que es responsable
de la atmósfera y de la vida de la tierra
moderna como la sabemos
La manera en la que el oxígeno se pierde de la
atmósfera, es principalmente vía la respiración
y el decaimiento, mecanismos en los cuales
animal, vida y bacterias consuma el oxígeno y
lance el bióxido de carbono.

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Depósito
Capacidad Flujo In/Out Residencia Tiempo
(kilogramo O2) (kilogramo O2 por año) (años)
Atmósfera 1.4 * 1018
30.000 * 1010
4,500
Biosfera 1.6 * 1016
30.000 * 1010
50
Litosfera 2.9 * 1020
60 * 1010
500.000.000
La siguiente tabla, ofrece estimaciones de las capacidades y de los flujos del depósito
del ciclo del oxígeno.

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La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la atmósfera. Su
ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C es
asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también devolución del oxígeno a la
atmósfera, mientras que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario.
Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para los
seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono. Las moléculas de O2,
activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos
libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2, formando O3 (ozono). Esta
reacción es reversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas
vuelve a convertirse en O2.

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Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno

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La atmósfera es el principal reservorio de nitrógeno, donde constituye hasta un 78 % de los
gases. Sin embargo, como la mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno
atmosférico para elaborar aminoácidos y otros compuestos nitrogenados, dependen del
nitrógeno presente en los minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la gran cantidad de
nitrógeno en la atmósfera, la escasez de nitrógeno en el suelo constituye un factor limitante
para el crecimiento de los vegetales.
El proceso a través del cual circula nitrógeno a través del mundo orgánico y el mundo físico
se denomina ciclo del nitrógeno.

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1_Fijación del nitrógeno: consiste e la conversión del nitrógeno gaseoso (N2) en amoníaco
(NH3), forma utilizable para los organismos. En esta etapa intervienen bacterias (que actúan
en ausencia de oxígeno), presentes en el suelo y en ambientes acuáticos, que emplean la
enzima nitrogenasa para romper el nitrógeno molecular y combinarlo con hidrógeno.
Este ciclo consta de las siguientes etapas:
Ejemplos de bacterias fijadoras de nitrógeno:
Las bacterias del género Rhizobium, viven en
nódulos de las raíces de leguminosas y de
algunas plantas leñosas.

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2_Nitrificación: proceso de oxidación del amoníaco o ion amonio, realizado por dos tipos de
bacterias: Nitrosomonas y Nitrobacter (comunes del suelo). Este proceso genera energía que es
liberada y utilizada por estas bacterias como fuente de energía primaria.
Este proceso ocurre en dos etapas:
2.1 Un grupo de bacterias, las Nitrosomonas y Nitrococcus, oxidan el amoníaco a nitrito (NO2):
2.2 Otro grupo de bacterias, Nitrobacter, transforman el nitrito en nitrato, por este motivo no se
encuentra nitrito en el suelo, que además es tóxico para las plantas.
3_Asimilación: las raíces de las plantas absorben el amoníaco (NH3) o el nitrato (NO3 -), e
incorporan el nitrógeno en proteínas, ácidos nucleicos y clorofila. Cuando los animales se
alimentan de vegetales consumen compuestos nitrogenados vegetales y los transforman en
compuestos nitrogenados animales.

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4_ Amonificación: consiste en la conversión de compuestos nitrogenados orgánicos en
amoníaco, se inicia cuando los organismos producen desechos como urea (orina) y ácido úrico
(excreta de las aves), sustancias que son degradadas para liberar como amoníaco el nitrógeno
en el ambiente abiótico. El amoníaco queda disponible para los procesos de nitrificación y
asimilación. El nitrógeno presente en el suelo es el resultado de la descomposición de
materiales orgánicos y se encuentra en forma de compuestos orgánicos complejos, como
proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y nucleótidos, que son degradados a compuestos
simples por microorganismos - bacterias y hongos - que se encuentran en el suelo. Estos
microorganismos usan las proteínas y los aminoácidos para producir sus propias proteínas y
liberan el exceso de nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o ion amonio (NH4+).
5_ Desnitrificación: es el proceso que realizan algunas bacterias ante la ausencia de oxígeno,
degradan nitratos (NO3 -) liberando nitrógeno (N2) a la atmósfera a fin de utilizar el oxígeno
para su propia respiración. Ocurre en suelos mal drenados. A pesar de las pérdidas de
nitrógeno, el ciclo se mantiene gracias a la actividad de las bacterias fijadoras de nitrógeno,
capaces de incorporar el nitrógeno gaseoso del aire a compuestos orgánicos nitrogenados.

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Ciclo Biogeoquímico del Fósforo

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Aunque la proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, el papel que
desempeña es absolutamente indispensable.
Los ácidos nucleicos, sustancias que almacenan y traducen el código genético, son ricos en
fósforo.
Muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas
con fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de
alto contenido de energía del ATP, que a su vez desempeña el papel de intercambiador de la
energía, tanto en la fotosíntesis como en la respiración celular.

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El fósforo es un elemento más bien escaso del mundo no viviente. La productividad de la
mayoría de los ecosistemas terrestres pueden aumentarse si se aumenta la cantidad de
fósforo disponible en el suelo. Como los rendimientos agrícolas están también limitados
por la disponibilidad de nitrógeno y potasio, los programas de fertilización incluyen estos
nutrientes. En efecto, la composición de la mayoría de los fertilizantes se expresa mediante
tres cifras:
La primera expresa el porcentaje de nitrógeno en el fertilizante.
La segunda, el contenido de fósforo (como sí estuviese presente en forma de P2O5)
La tercera, el contenido de potasio (expresada sí estuviera en forma de óxido K2O).
El fósforo, al igual que el nitrógeno y el azufre, participa en un ciclo interno, como
también en un ciclo global, geológico.

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En el ciclo menor, la materia orgánica que contiene fósforo (por ejemplo: restos de
vegetales, excrementos animales) es descompuesta y el fósforo queda disponible para
ser absorbido por las raíces de la planta, en donde se unirá a compuestos orgánicos.
Después de atravesar las cadenas alimentarias, vuelve otra vez a los descomponedores,
con lo cual se cierra el ciclo
. Hay algunos vacíos entre el ciclo interno y el ciclo externo. El agua lava el fósforo no
solamente de las rocas que contienen fosfato sino también del suelo. Parte de este
fósforo es interceptado por los organismos acuáticos, pero finalmente sale hacia el
mar.

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El ciclaje global del fósforo difiere con respecto de los del carbón, del nitrógeno y del
azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le
permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme.
Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el
océano hacia los ecosistemas terrestres:
1_ Mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas
alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos.
Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del levantamiento
geológico lento de los sedimentos del océano para formar tierra firme, un proceso
medido en millones de años.
2_ El hombre moviliza el ciclaje del fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato.

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Ciclo Biogeoquímico del Azufre

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El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas
funciones, además el azufre está presente en prácticamente todas las proteínas y de esta
manera es un elemento absolutamente esencial para todos los seres vivos.
El azufre circula a través de la biosfera de la siguiente manera, por una parte se comprende
el paso desde el suelo o bien desde el agua, si hablamos de un sistema acuático, a las
plantas, a los animales y regresa nuevamente al suelo o al agua.
Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en la tierra son llevados al mar por los ríos.
Este azufre es devuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en convertirlo en
compuestos gaseosos tales como el ácido sulfhídrico (H2S) y el dióxido de azufre (SO2).
Estos penetran en la atmósfera y vuelven a tierra firme. Generalmente son lavados por las
lluvias, aunque parte del dióxido de azufre puede ser directamente absorbido por las
plantas desde la atmósfera

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Las bacterias desempeñan un papel crucial en el reciclaje del azufre. Cuando está
presente en el aire, la descomposición de los compuestos del azufre (incluyendo la
descomposición de las proteínas) produce sulfato (SO4=). Bajo condiciones
anaeróbicas, el ácido sulfúrico (gas de olor a huevos en putrefacción) y el sulfuro de
dimetilo (CH3SCH3) son los productos principales.
Cuando estos últimos gases llegan a la atmósfera, son oxidados y se convierten en
bióxido de azufre. La oxidación posterior del bióxido de azufre y su disolución en
el agua de lluvia produce ácido sulfhídrico y sulfatos, formas principalmente bajo
las cuales regresa el azufre a los ecosistemas terrestres. El carbón mineral y el
petróleo contienen también azufre y su combustión libera bióxido de azufre a la
atmósfera.

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Como resumen podemos decir que durante el ciclo del azufre los principales eventos son
los siguientes:
1_El azufre, como sulfato, es aprovechado e incorporado por los vegetales para realizar sus
funciones vitales.
2_ Los consumidores primarios adquieren el azufre cuando se alimentan de estas plantas.
3_ El azufre puede llegar a la atmósfera como sulfuro de hidrógeno (H2S) o dióxido de
azufre (SO2), ambos gases provenientes de volcanes activos y por la descomposición de la
materia orgánica.
4_ Cuando en la atmósfera se combinan compuestos del azufre con el agua, se forma ácido
sulfúrico (H2SO4) y al precipitarse lo hace como lluvia ácida.

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