El documento describe los ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, fósforo y azufre. Explica que estos elementos se mueven entre la biosfera y la litosfera, hidrosfera y atmósfera a través de procesos como la fotosíntesis, respiración, descomposición y fijación bacteriana. Los ciclos implican la absorción de elementos por las plantas, su transferencia a animales a través de la cadena alimenticia, y la liberación de los elementos a los compartimentos abióticos a

1. Ciclos Biogeoquímicos

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CICLOS
BIOGEOQUIMICOS

3. • El flujo de energía en el ecosistema es abierto, puesto que, al ser
utilizada en el seno de los niveles tróficos para el mantenimiento
de las funciones propias de los seres vivos, se degrada y disipa en
forma de calor (respiración). En cambio, el flujo de materia es,
en gran medida, cerrado ya que los nutrientes son reciclados
cuando la materia orgánica del suelo (restos, deyecciones,...) es
transformada por los descomponedores en moléculas orgánicas o
inorgánicas que, bien son nuevos nutrientes o bien se incorporan a
nuevas cadenas tróficas
• Los elementos más importantes que forman parte de la materia
viva están presentes en la atmósfera, hidrosfera y geosfera y son
incorporados por los seres vivos a sus tejidos. De esta manera,
siguen un ciclo biogeoquímico que tiene una zona abiótica y una
zona biótica. La primera suele contener grandes cantidades de
elementos biogeoquímicos pero el flujo de los mismos es lento,
tienen largos tiempos de residencia. En cambio, el flujo a través
de la parte biótica del ciclo es rápido pero hay poca cantidad de
tales sustancias formando parte de los seres vivos.

4. • Las trayectorias más o menos recurrentes de los elementos químicos
entre los organismos y el medio ambiente, en ambos sentidos, se conocen
como ciclos biogeoquímicos; "bio" se refiere a los organismos vivos y
"geo" a las rocas, al suelo, al aire y el agua de la Tierra. La geoquímica es
una ciencia física importante vinculada con la composición química de la
Tierra y el intercambio de elementos entre las diversas partes de la
corteza terrestre y sus océanos, ríos, etc. De modo que la biogeoquímica
es el estudio del intercambio (es decir, movimientos de un lado a otro)
de los materiales químicos entre los componentes biótico y abiótico en la
atmósfera.
• Para impulsar los ciclos biogeoquímico se requiere de energía. Raras
veces los elementos vitales, están distribuidos homogéneamente en la
naturaleza o bien, presentes en todas partes del ecosistema con la
misma estructura química; más bien, los materiales se encuentran en
compartimientos o en un fondo común, con tasas de intercambio entre
ellos, que fluctúan. Desde el punto de vista de la ecología; es ventajoso
distinguir entre un fondo común abiótico amplio, con movimiento lento y
otro mas pequeño, pero mas activo que se está intercambiando
rápidamente con los organismos.

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• El ciclo del carbono (C) consiste en un proceso muy complicado, cuyos elementos
principales son los siguientes:
• El carbono está almacenado en el aire, en el agua y en el suelo en forma de un gas
llamado dióxido de carbono (CO2). En el aire está presente como gas; en el agua en forma
disuelta, y en el suelo, en el aire o agua del suelo. El C02 está disponible en cantidades
abundantes en el medio.

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• Las plantas toman el carbono del C02 del agua (plantas acuáticas), del aire o del suelo
(plantas terrestres) y con la energía de la luz del Sol producen alimentos (glucosa, sacarosa,
almidón, celulosa, etc.), y liberan oxígeno (02 ) al aire, al agua o al suelo. Este proceso
químico se denomina fotosíntesis. En el ciclo del carbono las plantas juegan el rol más
importante y una gran parte de la masa de las plantas está conformada por compuestos de
carbono: azúcares, almidones, celulosa, madera o lignina y compuestos diversos. Cada planta
tiene miles de compuestos orgánicos elaborados en base a la fotosíntesis y procesos
celulares posteriores.
• Los animales herbívoros se alimentan de las plantas y usan los compuestos orgánicos para
vivir y formar su propia materia. Los carbohidratos (azúcares, almidón, celulosa, lignina,
etc.) son descompuestos por los herbívoros por procesos químicos en las células y forman el
combustible de su cuerpo. Este proceso se inicia con la respiración, o sea la toma de oxígeno
del aire o del agua. Con el oxígeno se descomponen los azúcares y se emite C02 al aire o al
agua, con producción de diversas formas de energía, especialmente calor. En la naturaleza
existen muchos tipos de animales herbívoros, según las partes o compuestos de las plantas
de las cuales se alimentan. Los principales son los que comen hojas (foliófagos); frutos
(frugívoros); y madera (xilófagos), entre otros tipos. Para digerir las partes de las plantas
estos herbívoros tienen aparatos digestivos especialmente adaptados. Por el proceso de la
respiración los herbívoros emiten al aire o al agua el CO2.
• Los animales carnívoros toman la materia de otros animales por la alimentación. Absorben
los componentes de los animales por el proceso digestivo y los descomponen en las células
con ayuda del oxígeno que respiran (del aire o del agua) y emiten CO 2 al aire o al agua.
Existen muchos tipos de carnívoros especializados: los que comen zooplancton o animales
microscópicos del agua se denominan zooplanctívoros; los que comen insectos se denominan
insectívoros; los que comen peces se denominan piscívoros, etc.
• La descomposición de las plantas y de los animales al morir restituye el carbono al medio
en forma de CO 2 y materia orgánica, que son aprovechados por otras plantas para reiniciar
el ciclo. Los organismos vivos, que se encargan de la descomposición, proceso también
denominado putrefacción, se denominan detritívoros y están conformados esencialmente
por bacterias y hongos.
• El ciclo del carbono es fundamental, porque de él depende la producción de materia
orgánica, que es el alimento básico de todos los seres vivos.

7. El nitrógeno (N2)
• es sumamente importante para las plantas y para la producción
de proteínas, esenciales para la vida de los animales y del ser
humano. La carne (los músculos, por ejemplo) son proteínas. La
leche y los huevos son ricos en proteína, como también el frijol,
la lenteja, el garbanzo y el arvejón, entre otros.
• El nitrógeno es un gas que forma el 78% del aire, siendo uno de
los elementos más abundantes sobre la Tierra. El nitrógeno
atmosférico no puede ser utilizado en forma normal por los seres
vivos, sino que tiene que ser transformado en compuestos
absorbibles por las plantas.
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• El ciclo del nitrógeno consiste en los siguientes procesos:
• Muy pocos organismos pueden aprovechar directamente el
nitrógeno del aire, y la mayor parte lo hace a través de bacterias,
que viven en el suelo o en las raíces de las leguminosas, formando
nódulos. Estas bacterias (Rhizobium) fijan el nitrógeno del aire; lo
transforman en compuestos aprovechabas (amoniaco y nitratos), y
la planta los absorbe para formar proteínas. Estas bacterias se
encuentran especialmente en las raíces de las leguminosas
(frijoles, alfalfa, guaba o pacae, etc.). Artificialmente se puede
inocular estas bacterias y aumentar la productividad de cualquier
leguminosa (Rhizobiología).
• Las plantas sintetizan proteínas que son aprovechadas por los
animales herbívoros para su crecimiento y formación de músculo.
Los carnívoros aprovechan las proteínas a través de la carne que
consumen.
• Los seres vivos al morir son descompuestos por procesos de
putrefacción o descomposición, en el que intervienen bacterias y
hongos, y se restituyen al medio los compuestos a base de
nitrógeno que contienen, para un aprovechamiento posterior por las
plantas.
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10. • Una parte de los compuestos nitrogenados de la descomposición son
lavados por la lluvia y llega a las aguas de los ríos y lagos. El proceso de
lavado, llamado también lixiviación, de los compuestos nitrogenados del
suelo es más intenso en zonas muy lluviosas y esto empobrece los suelos,
los cuales pierden su fertilidad. En un suelo fértil los compuestos
nitrogenados están en la materia orgánica, o sea, la materia en
descomposición. Por eso cuánto más materia orgánica tenga un suelo, más
fértil será, porque contiene compuestos de nitrógeno, esenciales para el
crecimiento de las plantas.
• Los animales y los humanos eliminan una parte de los compuestos
nitrogenados por los excrementos y la orina, que son descompuestos y
restituyen al ambiente los compuestos nitrogenados para ser
aprovechados nuevamente. El guano de las islas, producido por las aves
guaneras, contiene abundantes compuestos nitrogenados, que se
almacenan en las islas guaneras porque no son lavados por las lluvias a
causa de la aridez.
• Por procesos químicos, con intervención de bacterias, los compuestos
nitrogenados pueden ser descompuestos hasta gas nitrógeno, proceso
que se denomina desnitrificación. De esta forma el N2 al final, retorna a
la atmósfera, para reiniciar el ciclo.

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• El fósforo (P4) es un elemento esencial para los seres vivos, y los procesos de la fotosíntesis
de las plantas, como otros procesos químicos de los seres vivos, no se pueden realizar sin
ciertos compuestos en base a fósforo. Sin la intervención de¡ fósforo no es posible que un
ser vivo pueda sobrevivir.

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• El ciclo del fósforo se reduce a los siguientes procesos:
• El fósforo se encuentra en la naturaleza en forma de compuestos de calcio (apatita),
fierro, manganeso y aluminio conocidos como fosfatos, que son poco solubles en el agua. En
los buenos suelos agrícolas el fósforo está disponible en forma de iones de fosfato (P2 O5).
• Las plantas absorben los iones de fosfato y los integran a su estructura en diversos
compuestos. Sin fósforo las plantas no logran desarrollarse adecuadamente.
• Los animales herbívoros toman los compuestos de fósforo de las plantas y los absorben
mediante el proceso de la digestión, y los integran a su organismo, donde juegan un rol
decisivo en el metabolismo.
• Los carnívoros toman el fósforo de la materia viva que consumen y lo integran a su
estructura orgánica.
IMPORTANTE
Los compuestos de fósforo pueden ser transportados por los sedimentos de los ríos y acumulados en
los suelos aluviales, o sea, aquellos que se originan por la acumulación de los sedimentos del agua,
generalmente a lo largo de los ríos y en el fondo de los lagos.
Los compuestos de fósforo pueden llegar a la atmósfera en forma de polvo, el cual al caer al suelo es
depositado y reintegra esos compuestos al suelo.
Los seres vivos (plantas y animales) al morir restituyen los compuestos de fósforo al suelo y al agua por
el proceso de descomposición. Los compuestos liberados son otra vez aprovechados por las plantas
para reiniciar el ciclo.
En la naturaleza la disponibilidad de fósforo se produce por la descomposición de rocas, que contienen
fosfatos, y mediante la erosión natural llegan a los suelos y a las aguas (ríos, lagos y mares). En las zonas
de erupciones volcánicas, pasadas o presentes, los compuestos de fósforo son depositados por las
cenizas. Por esta razón los suelos de origen volcánico son ricos en compuestos de fósforo.

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• En ciertas zonas de la Tierra se han formado acumulaciones de compuestos fosforados
y que son ampliamente explotados para fertilizar los suelos agrícolas y mejorar su
contenido en fósforo. En el Perú existen dos depósitos muy importantes de
compuestos fosforados: los yacimientos de roca fosfórica de Bayóvar (Piura) y el guano
de las islas.
• Los yacimientos de roca fosfórica de Bayóvar son depósitos naturales y de carácter
agotable, porque una vez explotados se acabarán.
¿SABÍAS QUÉ?
El guano de las islas se forma en base del excremento de las aves guaneras
(guanay, piqueros y alcatraz) y con el fósforo acumulado de los peces que
consumen esas aves. Estos yacimientos son renovables, porque se acumulan
continuamente mientras existan aves guaneras. En la actualidad se producen
unas 20 000 t/año de guano de islas, mientras en el pasado se producía hasta
200 mil t por el mayor número de aves guaneras (unas 28 millones).
Yacimientos de
roca
Fosfórica de
Bayobar, Perú

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• Es menos importante que los otros elementos que hemos visto, pero imprescindible porque
forma parte de las proteínas. Su reserva fundamental es la corteza terrestre y es usado por
los seres vivos en pequeñas cantidades. La actividad industrial del hombre esta provocando
exceso de emisiones de gases sulfurosos a la atmósfera y ocasionando problemas como la
lluvia ácida.

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• EMISIONES DE GASES SULFUROSOS
• Óxidos de azufre
• Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3).
• Dióxido de azufre (SO2)
• Importante contaminante primario.
• Es un gas incoloro y no inflamable, de olor fuerte e irritante.
• Su vida media en la atmósfera es corta, de unos 2 a 4 días. Casi la mitad vuelve a
depositarse en la superficie húmedo o seco y el resto se convierte en iones sulfato (SO42-
). Por este motivo, como se ve con detalle en la sección correspondiente, es un importante
factor en la lluvia ácida.
• En conjunto, más de la mitad del que llega a la atmósfera es emitido por actividades
humanas, sobre todo por la combustión de carbón y petróleo y por la metalurgia. Otra
fuente muy importante es la oxidación del H2S. Y, en la naturaleza, es emitido en la
actividad volcánica. En algunas áreas industrializadas hasta el 90% del emitido a la
atmósfera procede de las actividades humanas, aunque en los últimos años está
disminuyendo su emisión en muchos lugares gracias a las medidas adoptadas.
• En España sus emisiones se concentran en Galicia y Aragón, al estar situadas en estas
Comunidades importantes instalaciones productoras de electricidad que usan combustibles
de baja calidad. En los últimos años se están produciendo importantes disminuciones en la
emisión de este contaminante (de 1980 a 1990 su producción ha disminuido en un 33%) como
consecuencia de estar sustituyéndose los carbones españoles (de baja calidad) por
combustibles de importación, más limpios. De todas formas las cantidades producidas
siguen siendo bastante grandes y, de hecho, es el contaminante primario emitido en mayor
cantidad después del CO.
• Trióxido de azufre (SO3)
• Contaminante secundario que se forma cuando el SO2 reacciona con el oxígeno en la
atmósfera. Posteriormente este gas reacciona con el agua formando ácido sulfúrico con lo
que contribuye de forma muy importante a la lluvia ácida y produce daños importantes en la
salud, la reproducción de peces y anfibios, la corrosión de metales y la destrucción de
monumentos y construcciones de piedra,

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• LLUVIA ACIDA
• Algunas de las moléculas que contaminan la atmósfera son ácidos o se convierten en ácidos
con el agua de lluvia. El resultado es que en muchas zonas con grandes industrias se ha
comprobado que la lluvia es más ácida que lo normal y que también se depositan partículas
secas ácidas sobre la superficie, las plantas y los edificios.
Esta lluvia ácida ya no es el don beneficioso que revitalizaría tierras, ríos y lagos; sino que, al contrario,
trae la enfermedad y la decadencia para los seres vivos y los ecosistemas.
Causas de la deposición ácida
Algunas industrias o centrales térmicas que usan
combustibles de baja calidad, liberan al aire
atmosférico importantes cantidades de óxidos de
azufre y nitrógeno. Estos contaminantes pueden
ser trasladados a distancias de hasta cientos de
kilómetros por las corrientes atmosféricas, sobre
todo cuando son emitidos a la atmósfera desde
chimeneas muy altas que disminuyen la
contaminación en las cercanías pero la trasladan a
otros lugares.
En la atmósfera los óxidos de nitrógeno y azufre son convertidos en ácido nítrico y sulfúrico que vuelven a la
tierra con las precipitaciones de lluvia o nieve (lluvia ácida). Otras veces, aunque no llueva, van cayendo
partículas sólidas con moléculas de ácido adheridas (deposición seca).
La lluvia normal es ligeramente ácida, por llevar ácido carbónico que se forma cuando el dióxido de carbono
del aire se disuelve en el agua que cae. Su pH suele estar entre 5 y 6. Pero en las zonas con la atmósfera
contaminada por estas sustancias acidificantes, la lluvia tiene valores de pH de hasta 4 o 3 y, en algunas zonas
en que la niebla es ácida, el pH puede llegar a ser de 2,3, es decir similar al del zumo de limón o al del
vinagre.

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• Daños provocados por la deposición ácida
• Es interesante distinguir entre:
• a) Ecosistemas acuáticos. En ellos está muy demostrada la influencia negativa de la
acidificación. Fue precisamente observando la situación de cientos de lagos y ríos de Suecia
y Noruega, entre los años 1960 y 1970, en los que se vio que el número de peces y anfibios
iba disminuyendo de forma acelerada y alarmante, cuando se dio importancia a esta forma de
contaminación.
• La reproducción de los animales acuáticos es alterada, hasta el punto de que muchas
especies de peces y anfibios no pueden subsistir en aguas con pH inferiores a 5,5,.
Especialmente grave es el efecto de la lluvia ácida en lagos situados en terrenos de roca no
caliza, porque cuando el terreno es calcáreo, los iones alcalinos son abundantes en el suelo y
neutralizan, en gran medida, la acidificación; pero si las rocas son granitos, o rocas ácidas
pobres en cationes, los lagos y ríos se ven mucho más afectados por una deposición ácida que
no puede ser neutralizada por la composición del suelo.
• b) Ecosistemas terrestres. La influencia sobre las plantas y otros organismos terrestres
no está tan clara, pero se sospecha que puede ser un factor muy importante de la llamada
“muerte de los bosques" que afecta a grandes extensiones de superficies forestales en todo
el mundo. También parece muy probable que afecte al ecosistema terrestre a través de los
cambios que produce en los suelos, pero se necesita seguir estudiando estos temas para
conocer mejor cuales pueden ser los efectos reales.
• c) Edificios y construcciones. La corrosión de metales y construcciones es otro importante
efecto dañino producido por la lluvia ácida. Muchos edificios y obras de arte situadas a la
intemperie se están deteriorando decenas de veces más aprisa que lo que lo hacían antes de
la industrialización y esto sucede por la contaminación atmosférica, especialmente por la
deposición ácida.
ZONAS DEL PLANETA CON MAS LLUVIA ACIDA

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• Hay otros ciclos que comprende los ciclos biogeoquímicos, que son el ciclo de
agua y del oxigeno, que son también muy importante, a continuación los
describo.
EL CICLO DEL AGUA

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• El agua es un importantísimo componente de los seres vivos y es factor limitante de la
productividad de muchos ecosistemas. Los elementos afectados por su ciclo son el H y el O
de forma directa, pero la misma molécula de agua es vital para los seres vivos y otras
sustancias que van disueltas también lo son. La marcha general del ciclo del agua es muy
conocida
• En la disponibilidad de agua en el ecosistema influyen factores que pueden pasar
desapercibidos en un primer momento. Así, por ejemplo, en las zonas continentales que se
encuentran alejadas del mar, las precipitaciones dependen, sobre todo, del agua que se
evapora en el interior del mismo continente. Esto hace que en zonas de clima cálido se
pueda producir fácilmente desertización si disminuye la cantidad de agua disponible para la
evaporación, cuando se canalizan excesivamente los ríos o, en general, se aumenta la
velocidad de salida del agua de la cuenca. Este fenómeno también tiene influencia en las
zonas selváticas, cuando se talan los árboles, porque se pierde capacidad de
evapotranspiración (los árboles con su transpiración envían una gran cantidad de agua a la
atmósfera).
• En la mayoría de las zonas continentales el nivel de la producción primaria se encuentra
limitado por las disponibilidades de agua. Por ejemplo, según cálculos de Witt, en las
condiciones climáticas de Estocolmo las plantas pueden producir al año unos 2,5 Kg/m2 de
materia orgánica seca y en Berlín unos 3 Kg/m2. Se calcula que para producir un Kg. de
materia seca se necesitan unos 500 L de agua. Por tanto en Estocolmo se necesitarían 1.250
L y en Berlín 1.500. Este agua tendría que caer el momento apropiado (no en invierno, etc.),
en el lugar adecuado y en el modo adecuado (sin provocar escorrentía, etc.). Calculó que en
Berlín sólo había 700 L disponibles verdaderamente para el crecimiento de las plantas entre
todos los que caen al año. Es decir se demuestra que, en general, el factor limitante es el
agua, incluso en zonas en las que puede parecer extraño que así sea. Y es difícil, caro y
exige un gran consumo de energía aportar más agua.
El agua permanece en constante movimiento. El vapor de agua de la atmósfera se condensa y cae
sobre continentes y océanos en forma de lluvia o nieve. El agua que cae en los continentes va
descendiendo de las montañas en ríos, o se infiltra en el terreno acumulándose en forma de aguas
subterráneas. Gran parte de las aguas continentales acaban en los océanos, o son evaporadas o
transpiradas por las plantas volviendo de nuevo de nuevo a la atmósfera. También de los mares y
océanos está evaporándose agua constantemente. La energía del sol mantiene este ciclo en
funcionamiento continuo.
IMPORTANTE

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• El ciclo del oxigeno es muy similar al ciclo de carbono, pues los dos esta
constantemente en la atmósfera, ya que sin el oxigeno y y el dióxido de carbono, los
seres humanos y los vegetales, no tendría vida alguna.
EL CICLO DEL OXIGENO
El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte del agua y de todo
tipo de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de O2, su presencia en la atmósfera se debe a
la actividad fotosintética de primitivos organismos. Al principio debió ser una sustancia tóxica para la
vida, por su gran poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños
irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de oxígeno como
agente oxidante de los alimentos abriendo así una nueva vía de obtención de energía mucho más
eficiente que la anaeróbica.