Notas breves sobre el ciclo del carbono, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del azufre (2158 palabras)
Notas breves sobre el ciclo del carbono, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del azufre.
Varios materiales, incluyendo diferentes nutrientes y metales, se mueven en el ecosistema de manera cíclica. Las principales reservas o compartimientos de almacenamiento de los materiales se conocen como reservorios. Cuando el reservorio principal de un nutriente está en la atmósfera, se lo conoce como un ciclo gaseoso, por ejemplo, el ciclo del nitrógeno, que tiene su reservorio en forma de gas nitrógeno (N2) y constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera.
Cuando el reservorio está en la corteza terrestre o los sedimentos, se lo conoce como un ciclo sedimentario, por ejemplo, el ciclo del fósforo, que tiene su reserva como rocas de fosfato. El ciclo del azufre es un ejemplo de un tipo intermedio, que tiene un reservorio tanto en el suelo como en la atmósfera.
El movimiento de los materiales de un depósito a otro puede ser impulsado por agentes físicos como el viento o la energía gravitacional. También puede deberse a la energía química, por ejemplo, cuando el cuerpo de agua alcanza la saturación, el depósito está químicamente lleno y, por lo tanto, ya no puede contenerlo como tal.
Entonces el material suele precipitarse. El tiempo promedio durante el cual un material (molécula de una sustancia) permanece en un reservorio se conoce como tiempo de residencia.
Los nutrientes como el carbono, nitrógeno, azufre, oxígeno, hidrógeno, fósforo, etc. se mueven de forma circular a través de componentes bióticos y abióticos y se conocen como ciclos biogeoquímicos.
El agua también se mueve en un ciclo, conocido como ciclo hidrológico. Los nutrientes se mueven a través de la cadena alimentaria y finalmente llegan al compartimento de detritus (que contiene materia orgánica muerta) donde varios microorganismos llevan a cabo la descomposición.
Diversos nutrientes unidos orgánicamente de plantas y animales muertos se convierten en sustancias inorgánicas por descomposición microbiana que las plantas (productores primarios) agotan fácilmente y el ciclo comienza de nuevo.
1. Ciclo de 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. Es uno de los ciclos más importantes de la Tierra y permite que el carbono sea reciclado y reutilizado en toda la biosfera y en todos sus organismos.
El ciclo del carbono es una serie compleja de procesos a través de los cuales giran todos los átomos de carbono existentes. La madera que se quemó hace unas pocas décadas podría haber producido dióxido de carbono, que a través de la fotosíntesis se convirtió en parte de una planta. Cuando comes esa planta, el mismo carbono de la madera quemada puede convertirse en parte de ti. El ciclo del carbono es el gran reciclador natural de los átomos de carbono.
Sin el correcto funcionamiento del ciclo del carbono, todos los aspectos de la vida podrían cambiar drásticamente. Las plantas, los animales y el suelo interactúan para formar los ciclos básicos de la naturaleza. En el ciclo del carbono, las plantas absorben el dióxido de carbono de la atmósfera y lo utilizan, combinado con el agua que obtienen del suelo, para producir las sustancias que necesitan para crecer. El proceso de la fotosíntesis incorpora los átomos de carbono del dióxido de carbono a los azúcares.
Los animales, como el conejo, comen las plantas y usan el carbono para construir sus propios tejidos. Otros animales, como el zorro, se comen al conejo y luego usan el carbono para sus propias necesidades. Estos animales devuelven dióxido de carbono al aire cuando respiran, y cuando mueren, ya que el carbono regresa al suelo durante la descomposición. Los átomos de carbono en el suelo se pueden utilizar en una nueva planta o pequeños microorganismos. Los siguientes reservorios principales de carbono están interconectados por vías de intercambio:
yo. La atmósfera.
ii. La biosfera terrestre, que generalmente se define para incluir sistemas de agua dulce y material orgánico no vivo, como el carbono del suelo.
iii. Los océanos, incluido el carbono inorgánico disuelto y la biota marina viva y no viva.
iv. Los sedimentos incluidos los combustibles fósiles.
v. El interior de la Tierra, el carbono del manto y la corteza de la Tierra se libera a la atmósfera y la hidrosfera mediante los volcanes y los sistemas geotérmicos.
Los movimientos anuales de carbono, los intercambios de carbono entre reservorios, se producen debido a diversos procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. El océano contiene la reserva activa más grande de carbono cerca de la superficie de la Tierra, pero la parte profunda del océano de esta reserva no se intercambia rápidamente con la atmósfera en ausencia de una influencia externa, como una fuga de petróleo de aguas profundas no controlada.
El presupuesto global de carbono es el balance de los intercambios (ingresos y pérdidas) de carbono entre los depósitos de carbono o entre un ciclo específico del ciclo del carbono.
El carbono se libera a la atmósfera de varias maneras:
yo. A través de la respiración realizada por plantas y animales. Esta es una reacción exotérmica e implica la descomposición de la glucosa (u otras moléculas orgánicas) en dióxido de carbono y agua.
ii. A través de la descomposición de la materia animal y vegetal. Los hongos y las bacterias descomponen los compuestos de carbono en animales y plantas muertos y convierten el carbono en dióxido de carbono si hay oxígeno presente, o metano si no lo están.
iii. A través de la combustión de material orgánico que oxida el carbono que contiene, produce dióxido de carbono (y otras cosas, como el vapor de agua). Al quemar combustibles fósiles como el carbón, los productos derivados del petróleo liberan dióxido de carbono. La quema de agro combustibles también libera dióxido de carbono.
iv. Las erupciones volcánicas y el metamorfismo liberan gases a la atmósfera. Los gases volcánicos son principalmente vapor de agua, dióxido de carbono y dióxido de azufre.
v. El carbono se transfiere dentro de la biosfera a medida que los heterótrofos se alimentan de otros organismos o sus partes (p. ej., frutas). Esto incluye la captación de material orgánico muerto (detritus) por hongos y bacterias para la fermentación o descomposición.
vi. La mayor parte del carbono abandona la biosfera a través de la respiración. Cuando hay oxígeno presente, se produce la respiración aeróbica, que libera dióxido de carbono en el aire o el agua circundante, luego de la reacción C 6 H 12 O 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O. De lo contrario, ocurre la respiración anaeróbica y libera metano en el entorno circundante, que eventualmente se abre paso hacia la atmósfera o la hidrosfera (por ejemplo, como gas de pantano o flatulencia).
Circulación de dióxido de carbono:
yo. Las plantas absorben el dióxido de carbono de la atmósfera.
ii. Durante el proceso de la fotosíntesis, las plantas incorporan los átomos de carbono del dióxido de carbono a los azúcares.
iii. Los animales, como el conejo, comen las plantas y usan el carbono para construir sus propios tejidos, encadenan el contenido de carbono.
iv. A través de la cadena alimentaria, el carbono se transfiere a zorros, leones, etc.
v. Los animales devuelven dióxido de carbono al aire cuando respiran, y cuando mueren, ya que el carbono regresa al suelo durante la descomposición.
En caso de océano:
En las regiones de surgencia oceánica, el carbono se libera a la atmósfera. A la inversa, las regiones de pozo descendente transfieren carbono (CO 2 ) de la atmósfera al océano. Cuando el CO 2 ingresa al océano, participa en una serie de reacciones que están localmente en equilibrio:
yo. Conversión de CO 2 (atmosférico) a CO 2 (disuelto).
ii. Conversión de CO 2 (disuelto) a ácido carbónico (H 2 CO 3 ).
iii. Conversión de ácido carbónico (H 2 CO 3 ) a ion bicarbonato.
iv. Conversión de ion bicarbonato a ion carbonato.
En los océanos, el carbonato disuelto se puede combinar con el calcio disuelto para precipitar el carbonato de calcio sólido, CaCO 3, principalmente como las conchas de los organismos microscópicos. Cuando estos organismos mueren, sus conchas se hunden y se acumulan en el fondo del océano. Con el tiempo, estos sedimentos carbonatados forman calizas, que es el mayor reservorio de carbono en el ciclo del carbono.
El calcio disuelto en los océanos proviene de la meteorización química de las rocas de silicato de calcio, durante las cuales los ácidos carbónicos y otros en el agua subterránea reaccionan con los minerales que contienen calcio liberando iones de calcio a la solución y dejando un residuo de minerales de arcilla ricos en aluminio recién formados. Minerales insolubles como el cuarzo.
El flujo o la absorción de dióxido de carbono en los océanos del mundo está influenciado por la presencia de virus generalizados en el agua del océano que infectan muchas especies de bacterias. Las muertes bacterianas resultantes generan una secuencia de eventos que conducen a una respiración mucho más grande del dióxido de carbono, lo que mejora el papel de los océanos como sumidero de carbono.
2. Ciclo de nitrógeno :
El ciclo del nitrógeno es el conjunto de procesos biogeoquímicos mediante los cuales el nitrógeno experimenta reacciones químicas, cambia de forma y se mueve a través de diferentes reservorios en la tierra, incluidos los organismos vivos.
El nitrógeno es necesario para que todos los organismos vivan y crezcan porque es el componente esencial del ADN, el ARN y las proteínas. Sin embargo, la mayoría de los organismos no pueden usar nitrógeno atmosférico, el reservorio más grande. Los cinco procesos en el ciclo del nitrógeno.
yo. Fijación de nitrogeno
ii. Captación de nitrógeno
iii. Mineralización de nitrógeno
iv. Nitrificación
v. Desnitrificación
Los seres humanos influyen en el ciclo global del nitrógeno principalmente a través del uso de fertilizantes a base de nitrógeno.
I. Fijación de nitrógeno: N 2 -> NH 4 +
La fijación de nitrógeno es el proceso en el que el N 2 se convierte en amonio, esencial porque es la única forma en que los organismos pueden obtener nitrógeno directamente de la atmósfera. Ciertas bacterias, por ejemplo las del género Rhizobium, son los únicos organismos que fijan el nitrógeno a través de procesos metabólicos.
Las bacterias fijadoras de nitrógeno a menudo forman relaciones simbióticas con las plantas huésped. Se sabe que esta simbiosis ocurre en la familia de leguminosas de las plantas (por ejemplo, frijoles, guisantes y trébol). En esta relación, las bacterias fijadoras de nitrógeno habitan en los nódulos de las raíces de las leguminosas y reciben carbohidratos y un ambiente favorable de su planta huésped a cambio de algo del nitrógeno que fijan. También hay bacterias fijadoras de nitrógeno que existen sin plantas hospedadoras, conocidas como fijadores de nitrógeno de vida libre. En ambientes acuáticos, las algas azul-verdes (en realidad una bacteria llamada cianobacteria) es un importante fijador de nitrógeno de vida libre.
II. Captación de nitrógeno: NH 4 + -> N orgánico
El amoníaco producido por las bacterias fijadoras de nitrógeno generalmente se incorpora rápidamente a las proteínas y otros compuestos orgánicos de nitrógeno, ya sea por una planta huésped, la propia bacteria u otro organismo del suelo.
III. Mineralización de nitrógeno: N orgánico -> NH 4 +
Una vez que el nitrógeno se incorpora a la materia orgánica, a menudo se convierte nuevamente en nitrógeno inorgánico mediante un proceso llamado mineralización de nitrógeno, también conocido como descomposición. Cuando los organismos mueren, los descomponedores (como las bacterias y los hongos) consumen la materia orgánica y conducen al proceso de descomposición.
Durante este proceso, una cantidad significativa del nitrógeno contenido dentro del organismo muerto se convierte en amonio. Una vez en forma de amonio, el nitrógeno está disponible para su uso por las plantas o para la transformación adicional en nitrato (NO 3 - ) a través del proceso llamado nitrificación.
IV. Nitrificación: NH 4 + -> NO 3 -
Parte del amonio producido por descomposición se convierte en nitrato a través de un proceso llamado nitrificación. Las bacterias que llevan a cabo esta reacción ganan energía de ella. La nitrificación requiere la presencia de oxígeno, por lo que la nitrificación solo puede ocurrir en ambientes ricos en oxígeno, como las aguas que circulan o fluyen, y las capas superficiales de los suelos y sedimentos. El proceso de nitrificación tiene algunas consecuencias importantes.
Los iones de amonio están cargados positivamente y, por lo tanto, se adhieren (son absorbidos) a partículas de arcilla cargadas negativamente y a la materia orgánica del suelo. La carga positiva evita que el nitrógeno de amonio sea eliminado del suelo (o lixiviado) por la lluvia.
En contraste, el ion nitrato cargado negativamente no es retenido por las partículas del suelo y, por lo tanto, se puede lavar en el perfil del suelo, lo que lleva a una disminución de la fertilidad del suelo y al enriquecimiento de nitratos de la superficie aguas abajo y del agua subterránea.
V. Desnitrificación: NO 3 - -> N 2 + N 2 O
Mediante la desnitrificación, las formas oxidadas de nitrógeno, como el nitrato y el nitrito (NO 2 ), se convierten en di-nitrógeno (N 2 ) y, en menor medida, en gas de óxido nitroso. La desnitrificación es un proceso anaeróbico que se lleva a cabo mediante la desnitrificación de bacterias, que convierten el nitrato en nitrógeno en la siguiente secuencia:
NO 3 - -> NO 2 - -> NO -> N 2 O -> N 2
El óxido nítrico y el óxido nitroso son gases importantes para el medio ambiente. El óxido nítrico (NO) contribuye al smog, y el óxido nitroso (N 2 O) es un importante gas de efecto invernadero que contribuye al cambio climático global.
3. Ciclo de azufre:
El azufre es uno de los componentes que componen las proteínas y vitaminas. Las proteínas consisten en aminoácidos que contienen átomos de azufre. El azufre es importante para el funcionamiento de las proteínas y las enzimas en las plantas y en los animales que dependen de las plantas para obtener azufre.
Entra en la atmósfera a través de fuentes tanto naturales como humanas. Los recursos naturales pueden ser, por ejemplo, erupciones volcánicas, procesos bacterianos, evaporación del agua u organismos en descomposición. Cuando el azufre ingresa a la atmósfera a través de la actividad humana, esto es principalmente una consecuencia de procesos industriales donde los gases de dióxido de azufre (SO 2 ) y sulfuro de hidrógeno (H 2 S) se emiten a gran escala.
Cuando el dióxido de azufre entra en la atmósfera, reaccionará con el oxígeno para producir gas de trióxido de azufre (SO3), o con otros productos químicos en la atmósfera, para producir sales de azufre. El dióxido de azufre también puede reaccionar con el agua para producir ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). El ácido sulfúrico también se puede producir a partir de sulfuro de metilo, que es emitido a la atmósfera por especies de plancton.
Todas estas partículas volverán a asentarse en la tierra, o reaccionarán con la lluvia y caerán sobre la tierra como depósito de ácido. Las partículas volverán a ser absorbidas por las plantas y se liberarán de nuevo a la atmósfera, de modo que el ciclo del azufre comenzará de nuevo.
yo. Los combustibles fósiles como el carbón y el petróleo son recursos energéticos extremadamente importantes que se están agotando.
ii. Los recursos basados en combustibles de hidrocarburos crean niveles de contaminación y gases de efecto invernadero. Su gestión está relacionada con la mejora de la tecnología y la búsqueda de fuentes de energía alternativas que tengan esto en cuenta.
iii. Un uso prudente y sostenible de los recursos, tanto a nivel individual como colectivo, puede beneficiar a una amplia muestra de la sociedad y también a las generaciones futuras.
