2. Ciclo del agua.
¿Qué es el ciclo del
agua?
El ciclo del agua o ciclo
hidrológico es el proceso de
circulación del agua en el
planeta Tierra. Constituye uno
de los ciclos biogeoquímicos
más importantes, en el que el
agua sufre desplazamientos y
transformaciones físicas y
atraviesa los tres estados de la
materia: líquido, sólido y
gaseoso.
El agua es una de las
sustancias más abundantes
del planeta y cubre la mayor
parte de la Tierra. Se puede
encontrar en su fase líquida en
océanos o mares, en su fase
sólida en los glaciares y en su
fase gaseosa en el vapor de
agua.
3.
4. Algunas características del ciclo del agua
son:
Es un ciclo hidrológico en el que el agua circula por el planeta Tierra en
diferentes estados: líquido, sólido y gaseoso.
Está formado por cuatro etapas principales: evaporación, condensación,
precipitación y recolección.
En él intervienen diversos factores ambientales, como el viento y la
energía solar (que es la principal impulsora de este ciclo).
No tiene su inicio en un punto determinado, sino que se trata de una
continuidad de procesos que se repiten sucesivamente. Sin embargo, para
su estudio se usa el fenómeno de la evaporación como el inicio de este
ciclo.
Es vital para el mantenimiento y la estabilidad del planeta porque es
indispensable para la vida de los organismos y además, regula el clima, la
temperatura mundial y otras condiciones de la Tierra.
5. Etapas y procesos del ciclo del agua
Evaporación. El ciclo del agua
comienza con la evaporación del
agua desde la superficie hacia la
atmósfera. El agua líquida de los
océanos y otros cuerpos de agua se
evapora y pasa de estado líquido a
gaseoso, por la acción de la luz solar
y el calentamiento de la Tierra. Los
seres vivos también contribuyen al
proceso de evaporación, a través de
la transpiración (en el caso de las
plantas) y de la sudoración (en el
caso de los animales).
.
Condensación. Luego, el agua en la
atmósfera se desplaza, por acción del
viento, en distintas direcciones.
Cuando el vapor de agua llega a
altitudes mayores, las bajas
temperaturas le permiten
condensarse, es decir, recuperar su
forma líquida y formar gotas de agua
que se acumulan en las nubes. Las
nubes se vuelven oscuras a medida
que contienen mayor cantidad de
gotas de agua.
6. Precipitación. Cuando las gotas de
agua contenidas en las nubes son
grandes y pesadas, rompen su estado
de equilibrio y se producen las lluvias o
precipitaciones. Por lo general, el agua
cae en forma líquida, pero, en ciertas
regiones donde las temperaturas son
menores, puede hacerlo en forma más
o menos sólida, como nieve, escarcha o
granizo.
Recolección. Del agua que llega a la
superficie terrestre, una parte alimenta
los océanos y otros cuerpos de agua y
otra es directamente aprovechada por
los seres vivos. Una tercera fracción del
agua que precipita se filtra a través del
suelo y se acumula formando acuíferos
o capas de agua subterránea. Esta
agua, eventualmente, puede volver a
emerger en forma de fuentes o
formando parte de distintos cuerpos de
agua (como arroyos o ríos) o volver al
océano a través del flujo subterráneo.
Tarde o temprano, el agua vuelve a
evaporarse y el ciclo vuelve a comenzar
7. Importancia del ciclo del agua
El ciclo del agua es un proceso vital porque, en primer lugar, permite que haya vida
en el planeta y, además, permite conservar los ecosistemas como se conocen hoy en
día. El movimiento constante del agua es responsable de regular los climas, la
temperatura y la humedad de un sitio, la erosión del terreno y de transportar
sustancias de un lugar hacia otro.
Gracias a este ciclo, el agua está disponible para ser usada por los seres vivos, que la
obtienen de los cursos de agua o de la tierra. Además, permite al ser humano
realizar actividades como la agricultura y los procesos industriales.
Del total de agua en el mundo, solo el 3 % es agua dulce (que es la que puede ser
consumida por los seres vivos) y el resto es agua salada que proviene de los
océanos, por lo que cuidar el agua disponible y no alterar su ciclo permite albergar
vida en el planeta y mantener el equilibrio de los ecosistemas.
8. Qué es el ciclo del carbono y su esquema
Como resumen del ciclo de
carbono, podemos decir
que este es un ciclo
biogeoquímico en el cuál se
describen los movimientos
de carbono a través de la
biosfera, litosfera,
atmósfera e hidrosfera. El
carbono es uno de los
elementos más abundantes
en la Tierra.
El ciclo se subdivide en el ciclo
biológico del carbono y el
biogeoquímico. En el primero, la
biosfera regula los intercambios con
la atmósfera, a través de la
fotosíntesis (retención de carbono) y
la respiración (devolución de
carbono). Mientras que en el
segundo, se controla el intercambio
de CO2 a través de la biosfera y el
resto de subsistemas. Más adelante
se profundizará en qué consiste el
ciclo del carbono, pero aquí abajo y
en la imagen de portada ya se puede
ver un esquema del ciclo de
carbono.
9.
10. Cómo funciona el ciclo del carbono
El ciclo del carbono se puede dividir
en las siguientes partes: producción,
síntesis y fijado. La producción se
basa en los procesos que emiten
carbono. La síntesis, es la retirada de
carbono de la atmósfera y
transformación en moléculas más
complejas. Por último, la parte del
fijado es donde se queda atrapado
este elemento.
Producción de carbono
En la producción de carbono, la
biosfera exhala en el proceso de
respiración CO2; y en los de
descomposición y fermentación
expulsa CO2 y CH4. Por otro lado, la
hidrosfera emite el CO2 que posee
disuelto al aumentar la temperatura,
por las variaciones térmicas. Así
mismo, la litosfera desprende CO2
durante las erupciones volcánicas al
liberarse el carbono presente en
minerales y rocas.
11. Síntesis de carbono
La síntesis es realizada por los organismos fotosintéticos (plantas, algas y ciertas
bacterias). Durante la fotosíntesis, la combinación de CO2, agua y energía lumínica es
transformado en materia orgánica y oxígeno. En este proceso, el CO2 inorgánico es
transformado en un compuesto orgánico más asimilable para los seres vivos. Por otro
lado, la formación de corteza terrestre a través de calizas y dolomías en aguas poco
profundas, por la acumulación de esqueletos orgánicos, también acaba retirando el
carbono.
12. Fijado de carbono
El fijado de carbono se almacena en los sumideros de carbono. Estos son depósitos naturales o
artificiales que capturan y almacenan carbono de la atmósfera. Dentro de los naturales se
encuentran los océanos, la biomasa vegetal y animal, el permafrost, las rocas sedimentarias
calizas (ciclos geológicos de carbono) y los yacimientos de recursos fósiles (carbón, petróleo,
gas natural e hidratos de metano). La destrucción de estos depósitos aumenta la concentración
de carbono en la atmósfera.
El CO2 disuelto en la hidrosfera se almacena mejor a bajas temperaturas. Los océanos son
considerados los mayores sumideros de carbono, ¡más aún que el Amazonas! La litosfera retiene
gran parte del carbono en ella a través de las rocas calcáreas y las carbonosas. En ella se
encuentran los yacimientos de combustibles fósiles. Estos yacimientos tardan miles de años en
formarse y los estamos extrayendo y utilizando a una velocidad que no le da tiempo a la Tierra
para regenerarlos, además de añadir CO2 a la atmósfera por la combustión de estos.
13. La importancia del ciclo del carbono
Una vez llegado a este punto, es normal preguntarse por qué es importante el ciclo del
carbono. Como ya se ha expuesto antes, se podría concluir que el carbono es vital para el
funcionamiento de la biosfera y para regular el clima de la Tierra. Aquí puedes leer más sobre
Cuál es la importancia del carbono para los seres vivos.
No obstante, cuando se altera el ciclo natural del carbono y se aumenta su presencia en la
atmósfera, entre otros aspectos, se empeora el efecto invernadero. En este enlace aprenderás
la Diferencia entre efecto invernadero natural y artificial.
14. Ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno es el proceso biogeoquímico mediante
el cual este se convierte en múltiples formas químicas durante
el tiempo que circula entre la biosfera, los ecosistemas
terrestres y marinos. La conversión de nitrógeno se puede
llevar a cabo mediante procesos tanto biológicos como
físicos. Los procesos importantes en el ciclo del nitrógeno
incluyen la fijación, amonificación, nitrificación y
desnitrificación.
15.
16. La mayor parte de la atmósfera de la Tierra es
nitrógeno atmosférico, lo que la convierte en la mayor
fuente de nitrógeno. Sin embargo, el nitrógeno
atmosférico tiene una disponibilidad limitada para uso
biológico, lo que conduce a una escasez de nitrógeno
utilizable en muchos tipos de ecosistemas.
17. Efectos.
Los seres vivos cuentan con una gran proporción de nitrógeno en su composición química. El
nitrógeno oxidado que reciben como nitrato es transformado a grupos aminoácidos (asimilación).
Para volver a contar con nitrato hace falta que los descomponedores lo extraigan de la biomasa
dejándolo en la forma reducida de ion amonio, proceso que se llama amonificación; y que luego el
amonio sea oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación.
Así parece que se cierra el ciclo biológico esencial. Pero el amonio y el nitrato son sustancias solubles,
que son arrastradas fácilmente por la escorrentía y la infiltración, lo que tiende a llevarlas al mar. Al
final todo el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto en el mar. Los
océanos serían ricos en nitrógeno, pero los continentes estarían prácticamente desprovistos de él,
convertidos en desiertos biológicos, si no existieran otros dos procesos, mutuamente simétricos, en
los que está implicado el nitrógeno atmosférico. Se trata de la fijación de nitrógeno, que origina
compuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificación, una forma de respiración anaerobia que
devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera se mantiene un importante depósito de nitrógeno en el
aire (donde representa un 78 % en volumen).
18. Amonificación
La amonificación es la conversión a ion amonio del nitrógeno, en la materia viva
aparece principalmente como grupos amino (-NH2) o imino (-NH-). Los animales, que
no oxidan el nitrógeno, se deshacen del que tienen en exceso en forma de distintos
compuestos. Los acuáticos producen directamente amoníaco (NH3), que en disolución
se convierte en ion amonio. Los terrestres producen urea, (NH2)2CO, que es muy
soluble y se concentra fácilmente en la orina; o compuestos nitrogenados insolubles
como la guanina y el ácido úrico, que son purinas, y ésta es la forma común en aves o
en insectos y, en general, en animales que no disponen de un suministro garantizado
de agua.
19. Ciclos
Algunas bacterias convierten amoníaco en nitrito (por ejemplo Nitrosomonas, Nitrosospira,
Nitrosococcus) y otras transforman este en nitrato.
Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras
bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace que
se integre de nuevo el nitrógeno del ecosistema a la atmósfera.
20. Nitrificación
La nitrificación es la oxidación biológica del amonio al nitrito por microorganismos aerobios que
usan el oxígeno molecular (O2) como receptor de electrones, es decir, como oxidante. A estos
organismos el proceso les sirve para obtener energía, al modo en que los heterótrofos la consiguen
oxidando alimentos orgánicos a través de la respiración celular. El C lo consiguen del CO2
atmosférico, así que son organismos autótrofos. El proceso fue descubierto por Serguéi Vinogradski y
en realidad consiste en dos procesos distintos, separados y consecutivos, realizados por organismos
diferentes:
Nitritación. Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2–). Lo realizan bacterias de, entre otros, los
géneros Nitrosomonas y Nitrosococcus.
Nitratación. Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3–). Lo realizan bacterias del género
Nitrobacter.
La combinación de amonificación y nitrificación devuelve a una forma asimilable por las plantas, el
nitrógeno que ellas tomaron del suelo y pusieron en circulación por la cadena trófica.
21. Desnitrificación
La desnitrificación es la reducción del ion nitrato (NO3–), presente en el suelo o el agua, a nitrógeno
molecular o diatómico (N2), la sustancia más abundante en la composición del aire. Por su lugar en
el ciclo del nitrógeno este proceso es el opuesto a la fijación del nitrógeno.
Lo realizan ciertas bacterias heterótrofas, como Pseudomonas fluorescens, para obtener energía.
El proceso es parte de un metabolismo degradativo de la clase llamada respiración anaerobia, en la
que distintas sustancias, en este caso el nitrato, toman el papel de oxidante (aceptor de electrones)
que en la respiración celular normal o aerobia corresponde al oxígeno (O2). El proceso se produce
en condiciones anaerobias por bacterias que normalmente prefieren utilizar el oxígeno si está
disponible.
22. El proceso sigue unos pasos en los que el átomo de nitrógeno se encuentra
sucesivamente bajo las siguientes formas:
nitrato → nitrito → óxido nítrico → óxido nitroso → nitrógeno molecular
Expresado como reacción redox:
2NO3- + 10e- + 12H+ → N2 + 6H2O
Como se ha dicho más arriba, la desnitrificación es fundamental para que el nitrógeno
vuelva a la atmósfera, la única manera de que no termine disuelto íntegramente en los
mares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin la desnitrificación la fijación de
nitrógeno, abiótica y biótica, terminaría por provocar la depleción del N2 atmosférico.
La desnitrificación es empleada, en los procesos técnicos de depuración controlada de
aguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia favorece la eutrofización y reduce
la potabilidad del agua, porque se reduce a nitrito por la flora intestinal, y este es
cancerígeno.
23. Reducción desasimilatoria
Es la conversión del nitrato y nitrito a la forma sólida N2O y a la forma ion amonio. Se produce en
estercoleros y turberas donde residen bacterias del género Citrobacter sp. Este género es típico de
las coliformes entero fecales, por lo que también forma parte de la flora intestinal de mamíferos, ya
que procesan parte de la lactosa que ingieren. En principio se estudió esta bacteria en las turberas
debido a que son productoras de óxido nitroso N2O, un gas de efecto invernadero, en la
actualidad se realizan estudios de las baterías enzimáticas relacionadas con el retorno de amonio
al suelo y su inhibición en presencia de sulfatos.
24. El ciclo del fósforo
El ciclo del fósforo es lento en comparación con otros ciclos biogeoquímicos como el del agua, el
carbono y el nitrógeno
En la naturaleza, el fósforo se encuentra sobretodo en forma de iones fosfato.
Los compuestos fosfatados se encuentran en las rocas sedimentarias y, a medida que estas se
meteorizan —se desgastan a lo largo del tiempo— el fósforo que contienen se filtra lentamente
hacia el suelo y las aguas superficiales. La ceniza volcánica, los aerosoles y el polvo mineral
también pueden ser fuentes significativas de fosfatos, aunque el fósforo no tiene realmente una
fase gaseosa como el carbono, el nitrógeno y el azufre.
25. Las plantas pueden absorber los compuestos fosfatados del suelo y
transferirlos a los animales que se las comen. Cuando las plantas y los animales
excretan desechos o mueren, los fosfatos pueden ser absorbidos por los
organismos detritívoros o regresar al suelo. Los compuestos fosfatados
también pueden ser transportados en los escurrimientos hacia los ríos, lagos y
océanos, donde son absorbidos por los organismos acuáticos. Cuando los
compuestos fosfatados de los cuerpos o desechos de los organismos marinos
se hunden hasta el suelo oceánico, forman nuevas capas sedimentarias. Con el
transcurso de largos periodos de tiempo, la roca sedimentaria fosfatada puede
moverse del océano a la tierra mediante un proceso geológico llamado
levantamiento. Sin embargo, este proceso es muy lento y el ion fosfato
promedio tiene un tiempo de residencia oceánica —tiempo que pasa en el
océano— de 20,000 a 100,000 años.
26.
27. La eutrofización y las zonas muertas
La mayoría de los fertilizantes que se usan en la agricultura, y en los huertos y
jardines, contiene tanto nitrógeno como fósforo, los cuales pueden llegar hasta los
ecosistemas acuáticos mediante escurrimientos superficiales. El fertilizante en los
escurrimientos puede provocar el crecimiento excesivo de algas y otros microbios
que estaban previamente limitados por la cantidad de nitrógeno o fósforo. Este
fenómeno se conoce como eutrofización. En algunos casos, parece que el agente
principal de la eutrofización es el fósforo y no el nitrógeno
28. ¿Por qué es perjudicial la eutrofización? Algunas algas hacen que el agua huela o
sepa mal o producen compuestos tóxicos
Además, cuando todas esas algas mueren y son descompuestas por microbios, se
usan grandes cantidades de oxígeno en el proceso. Este aumento en el uso de
oxígeno puede disminuir fuertemente los niveles de oxígeno disuelto en el agua y
conducir a la muerte por hipoxia —falta de oxígeno— de otros organismos
acuáticos como los peces y moluscos.
Las regiones de los lagos y océanos que quedan sin oxígeno debido a la afluencia
de nutrientes se llaman zonas muertas. El número de zonas muertas se ha ido
incrementando durante varios años y para el 2008 existían más de 400. Una de las
peores zonas muertas se encuentra frente a la costa de los Estados Unidos en el
Golfo de México. El escurrimiento de fertilizantes de la cuenca del río Misisipi creó
una zona muerta de 21 919 kilómetros cuadrados. Como puedes ver en la figura
siguiente, las zonas muertas se encuentran en áreas muy industrializadas y con alta
densidad poblacional alrededor del mundo.
29.
30. Cómo puede reducirse o evitarse la eutrofización? Los
fertilizantes, los detergentes que contienen fósforo y
las aguas residuales eliminadas de forma inadecuada
son fuentes de nitrógeno y fósforo que causan
eutrofización. Reducir el uso de fertilizantes, eliminar
los detergentes que contienen fósforo y asegurar que
el drenaje no entre en los ríos —por fugas en el
sistema séptico, por ejemplo— son formas en las que
los individuos, las empresas y los gobiernos pueden
ayudar a reducir la eutrofización
