3.2.- Ciclo de la materia

A diferencia del flujo de la energa, el flujo de la materia es cclico. Los distintos elementos qumicos pasan de estar constituyendo materia inorgnica a constituir parte de un ser vivo, y posteriormente vuelven al medio inorgnico, y as sucesivamente. Slo algunos elementos, como, por ejemplo, el fsforo, pasan a depositarse en lugares inaccesibles para volver a ser captados por los seres vivos, y prcticamente no siguen un flujo cclico. Debemos pues matizar que el ciclo de la materia tiende a ser cerrado. Utilizamos la palabra tiende, ya que con cierta frecuencia los nutrientes escapan de la biosfera por gasificacin o lixiviado, pudiendo ser exportados lejos de su lugar de origen. Adems, algunos restos orgnicos escapan al reciclado en condiciones anaerobias, siendo transformados en combustibles fsiles, carbn y petrleo, y almacenndose en la litosfera.

Los principales ciclos biogeoqumicos son el del carbono, nitrgeno, fsforo y azufre.

3.2.1.- Ciclo del carbono

El carbono es incorporado en forma de CO2 por los productores mediante la fotosntesis (Fig. 5). Los consumidores incorporan el carbono al alimentarse de los productores, y los descomponedores lo hacen al actuar sobre los cadveres y los descomponedores devuelven la mayor parte del carbono al medio en forma de CO2. Algunos organismos marinos utilizan el CO2 disuelto en el agua para formar sus conchas y esqueletos (CaCO3). Cuando estos organismos mueren caen al fondo, reintegrando el C muy lentamente al ciclo cuando los sedimentos se disuelvan o queden expuestos a la intemperie por algn fenmeno geolgico (orogenia). Parte del carbono de la Tierra es retenido en la corteza terrestre durante largos perodos en forma de combustibles fsiles -carbn, petrleo y gas natural- hasta que es liberado a la atmsfera como CO2 cuando estos son quemados. Las erupciones volcnicas tambin liberan parte de este C a la atmsfera en forma de CO2 y CO.

Fig. 5.- Ciclo del carbono. Fuente: Carlos A. Miguel Gonzlez y col. Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2 Bachillerato. Editorial Everest. 1999.

3.2.2.- Ciclo del nitrgeno

El nitrgeno se encuentra en la troposfera en una proporcin de un 78 %, sin embargo, en esta forma no puede ser utilizado directamente como nutriente por los vegetales o animales, por lo que debe convertirse en otras formas tiles para las plantas; estos procesos se denominan fijacin del nitrgeno (Fig. 6). Procariotas como las cianofceas y algunas bacterias (Clostridium, Rhizobium...) reducen el N2 atmosfrico en forma de amonaco (NH3). Algunas bacterias acumulan el NH3 formado en el suelo. Otras, como es el caso de Rhizobium vive en simbiosis formando ndulos en las races de las leguminosas, a las que transfiere el NH3 directamente.

El NH3 fijado es transformado por otro grupo especializado de bacterias que lo oxidan formando el in nitrito NO2- , son bacterias del gnero Nitrosomonas y este proceso se denomina nitrosacin; las bacterias del gnero Nitrobacter oxidan el in nitrito convirtindolo en nitrato (NO3-) (nitracin), que constituye la fuente principal de nitrgeno para las plantas superiores. Existen una serie de bacterias, llamadas desnitrificantes (Pseudomonas) que realiza el proceso inverso, liberando N2 a la atmsfera.

La iluminacin tambin tiene un papel en la fijacin del N2, ya que lo combina con el oxgeno de la atmsfera formando NO2. Estos gases reaccionan con el vapor de agua de la atmsfera que los transforma en in nitrato, que vuelve a la tierra como cido ntrico (HNO3) disuelto en las precipitaciones.

Las bacterias del gnero Rhizobiumm fijadoras del nitrgeno atmosfrico, suelen encontrarse en simbiosis con determinadas plantas, principalmente leguminosas (trbol, alfalfa, juda, guisante, etc.). Las bacterias se localizan en los ndulos radiculares, pequeos abultamientos de las races de las plantas. En dichos ndulos, las bacterias realizan la fijacin del nitrgeno, que es aprovechado por las plantas para su metabolismo. La presencia de nitratos en el agua potable produce enfermedades, a veces mortales, en animales y en el hombre. Al ser transformados a nitritos en el tubo digestivo, provocan diarreas, gastroenteritis..., y en los bebs la piel adquiere un color azulado muy caracterstico por falta de O2.

Fig. 6.- Ciclo del nitrgeno. Fuente: Carlos A. Miguel Gonzlez y col. Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2 Bachillerato. Editorial Everest. 1999.

3.2.3.- Ciclo del azufre

Los sulfatos son abundantes en general en los suelos, pues, aunque se pierden por el lixiviado de las tierras, son repuestos por las lluvias de forma natural. Slo las plantas, bacterias y hongos son capaces de incorporarlos directamente en forma de SO42- para reducirlos en primer lugar a SO3 y posteriormente a H2S, utilizable en la biosntesis vegetal. De esta manera el azufre puede ser transferido a los dems niveles trficos. Los seres vivos al morir liberan H2S a la atmsfera y otros sistemas terrestres (fig. 7).

Fig. 7.- Ciclo del azufre. Fuente: Carlos A. Miguel Gonzlez y col. Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2 Bachillerato. Editorial Everest. 1999.

Cuando los seres vivos mueren sus restos son utilizados por bacterias como Neurospora transformando el H2S en SO42- . Las sulfobacterias quimiosintticas oxidan H2S para obtener la energa necesaria para la fijacin del carbono liberando SO42- que podr ser nuevamente utilizado por vegetales y animales. En los ocanos profundos y lugares pantanosos, en ausencia de O2, el sulfato es reducido a H2S mediante la accin de ciertas bacterias sulfatorreductoras. Durante el proceso se libera oxgeno, que es aprovechado por otros microorganismos para la respiracin.

El H2S as formado puede seguir dos caminos:

o Uno descendente, combinndose con hierro y precipitando en forma de piritas. o Otro ascendente, hasta alcanzar lugares oxigenados, donde se oxida de nuevo a

SO42- mediante un proceso foto o quimiosinttico, en funcin de presencia o ausencia de luz.

El paso de H2S del ocano a la atmsfera, que sirve para compensar las prdidas de SO42- hacia el mar, es llevado a cabo, de forma mayoritaria, por las algas denominadas Dimetil sulfuro (DMS). stas poseen betana, compuesto sulfurado que las libera del exceso de sal. Las elevadas concentraciones de H2S producen el tpico olor a huevos podridos, mas en pequeas dosis provocan un agradable olor a mar.

En la atmsfera el H2S se oxida rpidamente con los OH-, formando H2SO4, que, haciendo el papel de ncleos de condensacin, favorecen las lluvias, que devuelven el azufre al mar o al continente, con lo que el ciclo se cierra. Los volcanes de forma natural, las industrias y la quema de combustibles fsiles incrementan en la atmsfera la cantidad de SO2, y por tanto la de H2SO4, originando el problema de la lluvia cida.

3.2.4.- Ciclo del fsforo

El fsforo es un nutriente esencial para vegetales y animales principalmente en sus formas de iones fosfato (PO43- , HPO42-).

Este elemento se mueve desde los depsitos de fosfato en la tierra y los sedimentos marinos a los organismos vivos, y luego de regreso a tierra y al ocano.

El fsforo liberado de los depsitos de fosfato de las rocas por procesos de meteorizacin, es disuelto en el agua del suelo de donde es tomado por las races de los vegetales y de estos pasa al resto de la cadena alimentaria; cuando estos seres vivos mueren son descompuestos por la accin de los organismos descomponedores, liberndose as el fsforo (fig.8). Estos restos de animales ricos en fsforo tambin llegan al mar, de donde pasan a los peces y de estos a las aves acuticas (pelcanos, cormoranes...), las cuales depositan sus excrementos, ricos en fsforo, en las costas, formndose depsitos de guano, que son utilizados como abono.

El resto del fsforo queda depositado en los sedimentos marinos, que en el transcurso de millones de aos pueden ser expuestos a la intemperie por los fenmenos geolgicos entrando nuevamente en el ciclo. Este proceso de liberacin es pues muy lento (105 - 108 aos), razn por la que constituye el principal factor limitante de los organismos fotosintticos.

Fig. 8.- Ciclo del fsforo. Fuente: Carlos A. Miguel Gonzlez y col. Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2 Bachillerato. Editorial Everest. 1999.