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Ecologa generalCiclo biogeoqumicosSe refiere al movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrgeno, oxgeno, hidrgeno, calcio, sodio, sulfuro, fsforo y otros elementos entre los componentes abiticos y biticos del ambiente (atmsfera y sistemas acuticos) mediante una serie de procesos de produccin y descomposicin.

Elementos necesarios para la vidaUna molcula necesaria para la vida de un organismo, se llama nutrimento nutriente. Los organismos vivos necesitan de 30 a 40 elementos qumicos, donde el N y tipos de estos elementos varia en cada especie.

Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan macronutrientes: carbono, oxgeno, hidrgeno, nitrgeno, fsforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y ms de 95% de la masa de todos los organismos. Los 30 ms elementos requeridos en cantidades pequeas (hasta trazas), se llaman micronutrientes: hierro, cobre, zinc, cloro, yodo.

La mayor parte de las sustancias qumicas de la tierra no estn en formas tiles para los organismos. Pero, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes, son ciclados continuamente en formas complejas a travs de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidos en formas tiles por una combinacin de procesos biolgicos, geolgicos y qumicos.

El ciclo de los nutrientes desde la abiota (en la atmsfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta la biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoqumicos (de bio: vida, geo: en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energa solar, incluyen los del carbono, oxgeno, nitrgeno, fsforo, azufre y del agua (hidrolgicos). As, una sustancia qumica puede ser parte de un organismo en un momento y parte del ambiente del organismo en otro momento. Por ejemplo, una molcula de agua ingresada a un vegetal, puede ser la misma que pas por el organismo de un dinosaurio hace miles de milenios.

Estos ciclos biogeoqumicos, permiten que los elementos se encuentren disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos ciclos la vida se extinguira.

Hay tres tipos de ciclos biogeoqumicos interconectados,

Gaseoso

Sedimentario

Hidrolgico

1. El ciclo gaseoso, aqu os nutrientes circulan principalmente entre la atmsfera y los organismos vivos. En la mayora de estos ciclos los elementos son reciclados rpidamente, con frecuencia en horas o das. Los principales ciclos gaseosos son los del carbono, oxgeno y nitrgeno.

2. En el ciclo sedimentario, los nutrientes circulan entre la corteza terrestre (suelo, rocas y sedimentos), la hidrosfera y los organismos vivos. Los elementos en este ciclo, generalmente reciclan mucho ms lentamente que en el ciclo atmosfrico, porque los elementos son retenidos en las rocas sedimentarias durante largo tiempo geolgico (hasta de decenas a miles de milenios y no tienen una fase gaseosa. El fsforo y el azufre son dos de los 36 elementos reciclados de esta manera.

3. En el ciclo hidrolgico, el agua circula entre el ocano, el aire, la tierra y la biota, este ciclo tambin distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta.Los organismos juegan un rol muy importante en el ciclo del agua, la mayora contienen importantes cantidades de agua (hasta un 90% en peso). Animales y plantas pierden agua de sus cuerpos por evaporacin. En las plantas el agua tomada por las races se mueve hacia las hojas donde se pierde por transpiracin. Tanto en plantas como en animales, la ruptura de los carbohidratos (azcares) para producir energa (respiracin) produce CO2 y agua como productos de desecho. La fotosntesis invierte esta reaccin, el agua y el CO2 se combinan para formar carbohidratosLas acciones humanas pueden agotar el suministro del agua subterrnea, causando una escasez de sta y el consecuente hundimiento de la tierra al ser extrado el lquido. Al remover la vegetacin, el agua fluye sobre el suelo ms rpidamente de modo que tiene menos tiempo para absorberse en la superficie. Esto provoca un agotamiento del agua subterrnea y la erosin acelerada del suelo.

Los ciclosSon procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas qumicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbono, oxgeno, nitrgeno, fsforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los componentes vivos y no vivos de la Tierra.

La tierra es un sistema cerrado donde no entra ni sale materia. Las sustancias utilizadas por los organismos no se "pierden" aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesibles para los organismos por un largo perodo. Sin embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuera de ellos.

Ejemplos de ciclos biogeoqumicos:

1. Ciclo del carbono: El carbono es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, porque protenas, cidos nucleicos, carbohidratos, lpidos y otras molculas esenciales para la vida contienen carbono. Se lo encuentra como dixido de carbono en la atmsfera, en los ocanos y en los combustibles fsiles almacenados bajo la superficie de la Tierra.El movimiento global del carbono entre el ambiente abitico y los organismos se denomina ciclo del carbono. El CO2 se encuentra:

en el ocano y en el agua dulce como en la atmsfera (gas) como

CO2 disuelto, CO2-3 (carbonato), HCO3- (bicarbonato), Ca CO3(rocas calizas)CO2 (en un 0,03%)

El ciclo bsico comienza cuando las plantas, a travs de la fotosntesis, hacen uso del dixido de carbono (CO2) presente en la atmsfera 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 protenas, y el oxgeno es devuelto a la atmsfera o al agua mediante la respiracin. As, el carbono pasa a los herbvoros que comen las plantas y de ese modo utilizan, reorganizan y degradan los compuestos de carbono. Gran parte de ste carbono es liberado:

en forma de CO2 por la respiracin, o

como producto secundario del metabolismo,

Pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnvoros, que se alimentan de los herbvoros.En ltima instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por descomposicin, y el carbono que es liberado en forma de CO2, es utilizado de nuevo por las plantas.

En resumen, los pasos ms importantes del ciclo del carbono son los siguientes:

El dixido de carbono de la atmsfera es absorbido por las plantas y convertido en azcar, por el proceso de fotosntesis.

Los animales comen plantas y al descomponer los azcares dejan salir carbono a la atmsfera, los ocanos o el suelo.

Bacterias y hongos descomponen las plantas muertas y la materia animal, devolviendo carbono al medio ambiente.

El carbono tambin se intercambia entre los ocanos y la atmsfera. Esto sucede en ambos sentidos en la interaccin entre el aire y el agua.

Combustibles fsiles: En algunos casos el carbono presente en las molculas biolgicas no regresa inmediatamente al ambiente abitico, por ejemplo el carbono presente en la madera de los rboles. O el que form parte de los depsitos de hulla a partir de restos de rboles antiguos que quedaron sepultados en condiciones anaerobias antes de descomponerse. Hulla, petrleo y gas natural son llamados combustibles fsiles porque se formaron a partir de restos de organismos antiguos y contienen grandes cantidades de compuestos carbonados como resultado de la fotosntesis ocurrida hace millones de aos.A travs de las actividades humanas se liberan grandes cantidades de carbono a la atmsfera a un ritmo mayor de aquel con que los productores y el ocano pueden absorberlo, stas actividades han perturbado el presupuesto global del carbono, aumentando, en forma lenta pero continua el CO2 en la atmsfera; propiciando cambios en el clima con consecuencias en el ascenso en el nivel del mar, cambios en las precipitaciones, desaparicin de bosques , extincin de organismos y problemas para la agricultura.Gases como el CO2, ozono superficial (O3)4, xido nitroso (N2O) y clorofluoralcanos se acumulan en la atmsfera como resultado de las actividades humanas, derivando en un aumento del calentamiento global, esto ocurre porque los gases acumulados frenan la prdida de radiacin infrarroja (calor) desde la atmsfera al espacio. Una parte del calor es transferida a los ocanos, aumentando la temperatura de los mismos, lo que implica un aumento de la temperatura global del planeta. Como el CO2 y otros gases capturan la radiacin solar de manera semejante al vidrio de un invernadero, el calentamiento global producido de este modo se conoce como efecto invernadero.2.Ciclo del nitrgeno: La atmsfera es el principal reservorio de nitrgeno, donde constituye hasta un 78 % de los gases. Sin embargo, como la mayora de los seres vivos no pueden utilizar el nitrgeno atmosfrico para elaborar aminocidos y otros compuestos nitrogenados, dependen del nitrgeno presente en los minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la gran cantidad de nitrgeno en la atmsfera, la escasez de nitrgeno en el suelo constituye un factor limitante para el crecimiento de los vegetales.El proceso a travs del cual circula nitrgeno a travs del mundo orgnico y el mundo fsico se denomina ciclo del nitrgeno. Este ciclo consta de las siguientes etapas:

1. Fijacin del nitrgeno: consiste e la conversin del nitrgeno gaseoso (N2) en amonaco (NH3), forma utilizable para los organismos. En esta etapa intervienen bacterias (que actan en ausencia de oxgeno), presentes en el suelo y en ambientes acuticos, que emplean la enzima nitrogenasa para romper el nitrgeno molecular y combinarlo con hidrgeno.

N2 --------------------> NH3 Nitrogenasa Ejemplos de bacterias fijadoras de nitrgeno:

Las bacterias del gnero Rhizobium, viven en ndulos de las races de leguminosas y de algunas plantas leosas.

Las cianobacterias, realizan la mayor parte de la fijacin del nitrgeno. Algunos helechos acuticos tiene cavidades donde viven las cianobacterias.

2. Nitrificacin: proceso de oxidacin del amonaco o ion amonio, realizado por dos tipos de bacterias: Nitrosomonas y Nitrobacter (comunes del suelo). Este proceso genera energa que es liberada y utilizada por estas bacterias como fuente de energa primaria.Este proceso ocurre en dos etapas:

Un grupo de bacterias, las Nitrosomonas y Nitrococcus, oxidan el amonaco a nitrito (NO2-): 2 NH3 + 3 O2 g 2 NO2 - + 2 H+ + 2 H2O

Otro grupo de bacterias, Nitrobacter, transforman el nitrito en nitrato, por este motivo no se encuentra nitrito en el suelo, que adems es txico para las plantas2 NO2 - + O2 g 2 NO3 -

3. Asimilacin: las races de las plantas absorben el amonaco (NH3) o el nitrato (NO3 -), e incorporan el nitrgeno en protenas, cidos nucleicos y clorofila. Cuando los animales se alimentan de vegetales consumen compuestos nitrogenados vegetales y los transforman en compuestos nitrogenados animales.

4. Amonificacin:consiste en la conversin de compuestos nitrogenados orgnicos en amonaco, se inicia cuando los organismos producen desechos como urea (orina) y cido rico (excreta de las aves), sustancias que son degradadas para liberar como amonaco el nitrgeno en el ambiente abitico. El amonaco queda disponible para los procesos de nitrificacin y asimilacin. El nitrgeno presente en el suelo es el resultado de la descomposicin de materiales orgnicos y se encuentra en forma de compuestos orgnicos complejos, como protenas, aminocidos, cidos nucleicos y nucletidos, que son degradados a compuestos simples por microorganismos - bacterias y hongos - que se encuentran en el suelo. Estos microorganismos usan las protenas y los aminocidos para producir sus propias protenas y liberan el exceso de nitrgeno en forma de amonaco (NH3) o ion amonio (NH4+).

5. Desnitrificacin:es el proceso que realizan algunas bacterias ante la ausencia de oxgeno, degradan nitratos (NO3 -) liberando nitrgeno (N2) a la atmsfera a fin de utilizar el oxgeno para su propia respiracin. Ocurre en suelos mal drenados. A pesar de las prdidas de nitrgeno, el ciclo se mantiene gracias a la actividad de las bacterias fijadoras de nitrgeno, capaces de incorporar el nitrgeno gaseoso del aire a compuestos orgnicos nitrogenados.

Amonificacin: proceso por el cual los descomponedores degradan las protenas y los aminocidos, liberando el exceso de nitrgeno en forma de amonaco (NH3) o ion amonio (NH4+)

Asimilacin (de nitrgeno): conversin de nitrgeno inorgnico a molculas inorgnicas de los seres vivos.

Carbohidratos: compuesto que contiene carbono, hidrgeno y oxgeno en la proporcin aproximada de C:2H:O; por ejemplo: azcares, almidn y celulosa.

Condensacin: cambio fsico en el que el agua en estado de vapor o gaseoso pasa al estado lquido.

Desnitrificacin: proceso por el cual ciertas bacterias que viven en suelos pobremente aireados degradan nitratos utilizando el oxgeno para su propia respiracin y devolviendo el nitrgeno a la atmsfera.

Evaporacin: cambio fsico en el que un lquido pasa al estado gaseoso o de vapor.

Fijacin del nitrgeno: conversin de nitrgeno atmosfrico en amonaco.

Fotosntesis: serie completa de reacciones qumicas en las que se utiliza la energa de la luz para sintetizar molculas orgnicas energticas, por lo general carbohidratos, a partir de molculas inorgnicas poco energticas, generalmente dixido de carbono y agua.

Gas natural: El que procede de formaciones geolgicas o aceites naturales. Ej.: la calefaccin de casa funciona con gas natural.

Hulla: mineral fsil negro y brillante, muy rico en carbono (entre 75 y 90 %), se usa como combustible, y un contenido en voltiles que oscila entre 20 y 35 %. Tiene un poder calorfico

Nitrificacin: la oxidacin del amonaco o del amonio a nitritos y nitratos, como ocurre por la accin de las bacterias nitrificantes.

Nitrogenasa: enzima utilizada por las bacterias fijadoras de nitrgeno.

Petrleo: Lquido natural oleaginoso e inflamable, constituido por una mezcla de hidrocarburos, que se extrae de lechos geolgicos continentales y martimos y tiene mltiples aplicaciones qumicas e industriales: el gasoil y la nafta se obtienen del petrleo.

Precipitacin: agua en forma de lluvia, granizo o nieve que cae desde la atmsfera sobre la tierra y cuerpos de agua.

Transpiracin: evaporacin de agua a travs de los estomas de una hoja.

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