1. CIRCULACIÓN DE LA MATERIA. LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS.
Los Ciclos Biogeoquímicos son los recorridos que realizan los elementos químicos en la
naturaleza. En estos recorridos van pasando por los diferentes subsistemas: pasan desde el
medio (atmósfera, hidrosfera, geosfera) a los seres vivos (biosfera), regresando
nuevamente al medio. Por tanto la circulación de la materia es cíclica (cerrada).
El tiempo de permanencia o de residencia de los elementos en los diferentes sistemas es
muy variable, denominándose almacén o reserva aquel lugar donde dicha permanencia es
máxima.
Los ciclos no se desarrollan a una velocidad uniforme, sino que algunas etapas requieren
períodos más prolongados que otras.
Existen dos grandes tipos de ciclos:
-
Gaseosos: el principal reservorio del elemento es la atmósfera. Son ciclos relativamente
rápidos. Ciclos del carbono, oxígeno y del nitrógeno
-
Sedimentarios: el principal reservorio se halla en los sedimentos (geosfera). Son ciclos
lentos por la dificultad de acceso a la reserva del elemento. Ciclos del fósforo y del
azufre.
En un ciclo biogeoquímico se pueden distinguir tres fases:
-
Fase geoquímica: la materia fluye entre sistemas abióticos (atmósfera, hidrosfera,
litosfera)
-
Fase biogeoquímica: paso de la materia orgánica a inorgánica y viceversa.
-
Fase bioquímica: comprende la transferencia de materia orgánica dentro de la
biocenosis.
CICLO DEL OXÍGENO
Está asociado al agua y al CO2.
La principal fuente de oxígeno libre (O2) es la atmósfera. Hay dos procedencias importantes
de oxígeno atmosférico: una es la fotodisociación de la molécula de agua por la luz del sol.
Otra es la fotosíntesis, activa sólo desde la aparición de los organismos fotosintéticos, que
mediante el proceso de fotolisis del agua liberan oxígeno a la atmósfera. Este oxígeno era
rápidamente capturado por los minerales de la superficie terrestre para su oxidación. Una
vez que los minerales se oxidaron, comenzó a acumularse el exceso de oxígeno en la
atmósfera y, en menor cantidad, en la hidrosfera (el O2 es poco soluble)
A partir de este momento comenzaron a evolucionar los seres vivos que utilizaban este
elemento para obtener energía mediante el proceso respiratorio, quedando compensado el
nivel de oxígeno. Actualmente la cantidad de oxígeno en la atmósfera, un 21 %, se regula
por los procesos de fotosíntesis y respiración.
El ciclo del oxígeno tiene dos posibles salidas que representan una pequeña pérdida: el
oxígeno que sigue oxidando a los minerales de la superficie terrestre y el que queda
atrapado por los sedimentos orgánicos en los fondos marinos, que puede volver a la
atmósfera por procesos de meteorización.

2. CICLO DEL OXÍGENO
Oxidación
MINERALES OXIDADOS
EN LA LITOSFERA
Vulcanismo
Meteorización
SEDIMENTOS ORGÁNICOS EN LOS
FONDOS OCEÁNICOS
Fotosíntesis
O2 ATMOSFÉRICO
Respiración
Sedimentación
PRODUCTORES
Alimentación
Respiración
CONSUMIDORES Y
DESCOMPONEDORES
Sedimentación
CICLO DEL CARBONO
Este ciclo es de gran importancia para la regulación del clima terrestre.
Los reservorios inorgánicos de carbono en la naturaleza son:
- Dióxido de carbono en la atmósfera e hidrosfera
- Las rocas carbonatadas
- Los combustibles fósiles.
La forma asimilable para los seres vivos es el CO2.
Circulación de C entre atmósfera-hidrosfera y biosfera:
El carbono se encuentra en la atmósfera en forma de: CO2, CH4 (la principal fuente de
metano atmosférico es biogénica: estómago de rumiantes, suelos inundados), CO.
Los organismos productores absorben el CO2 de la atmósfera o el disuelto en agua y
mediante la fotosíntesis se incorpora como carbono orgánico en las biomoléculas, que
servirán posteriormente de alimento al resto de componentes de la cadena trófica. El CO2 se
libera de nuevo a la atmósfera y la hidrosfera mediante los procesos de respiración que
tienen lugar en todos los niveles tróficos casi al mismo ritmo con que es retirado de ellas.
Respiración y fotosíntesis son los procesos vitales básicos que regulan el transito de carbono
entre estos sistemas. La fotosíntesis moviliza cada año alrededor del 5 % del CO2
atmosférico, lo que significa que en 20 años se renueva totalmente.

3. Circulación entre el resto de sistemas:
Entre atmósfera e hidrosfera se establece un continuo intercambio de CO2 por difusión
directa.
Entre hidrosfera-biosfera y litosfera: en ambientes acuáticos se dan dos salidas temporales
del carbono por dos procesos:
-
A partir de los restos orgánicos que caen a los fangos del fondo, en condiciones
anaerobias, son fermentados por bacterias produciendo ácidos orgánicos, CO2, CH4 y H2,
y más tarde cuando estos compuestos alcanzan una cierta concentración y se inhibe la
acción bacteriana, los restos orgánicos se van acumulando lentamente en el fango para
dar lugar a depósitos de carbón en ambientes lacustres, y petróleo en ambientes
marinos. Este carbono volverá a la atmósfera en forma de CO2 mediante su combustión.
-
En ambientes marinos el CO2, bajo la forma de carbonato cálcico se incorpora a rocas
sedimentarias carbonatadas procedentes de los caparazones calcáreos de los organismos
acuáticos, y también por procesos puramente físico-químicos. Estas rocas, en ciertas
condiciones, pueden fundirse para dar lugar a un magma que, al salir a la superficie,
deja escapar el CO2 a la atmósfera.
Intervenciones humanas en el ciclo del carbono:
El hombre acelera el paso de CO2 desde los demás subsistemas a la atmósfera:
-
Lo libera de la biosfera mediante la quema de madera y la deforestación, que disminuye
la fijación de este gas por vía fotosintética.
-
Lo libera de la hidrosfera mediante su influencia en el incremento de la temperatura que
impide su almacenaje en los océanos
-
Lo libera de la geosfera mediante la quema de combustibles fósiles
Las consecuencias de estas acciones son un incremento del efecto invernadero y el
incremento de las temperaturas.

4. CICLO DEL CARBONO
CO2
ATMÓSFERA
Vulcanismo
HIDROSFERA
Fotosíntesis
Combustión
Quimiosíntesis
Respiración
ROCAS CARBONATADAS
CARBÓN Y PETRÓLEO
Diagénesis
Sedimentación
PRODUCTORES
Respiración
SEDIMENTOS EN
AMBIENTES ACUÁTICOS
Fermentación
en ambientes
acuáticos
Restos
DESCOMPONEDORES
Alimento
Restos
Sedimentación
CONSUMIDORES
Respiración
CICLO DEL FÓSFORO
El fósforo se encuentra mayoritariamente inmovilizado en los sedimentos oceánicos
formando parte de la litosfera (rocas sedimentarias fosfatadas). Su proceso de liberación es
muy lento por depender del ciclo geológico, razón por la cual constituye el principal factor
limitante de la producción primaria.
Su movilización se produce por meteorización, erosión y extracción mineral para usos
agrícolas, que lo ponen a disposición de los seres vivos bajo la forma de fosfatos ( PO43- ).
Estos iones, disueltos en el agua del suelo, se incorporan al ecosistema terrestre al ser
absorbidos por los vegetales, que lo incorporan en sus ácidos nucleicos y en moléculas
energéticas (ATP, ADP, AMP). De los vegetales pasa a los consumidores, donde además se
deposita en los huesos.
La descomposición (bacterias fosfatizantes) de los productos orgánicos de excreción animal
que contienen fósforo o de la materia orgánica muerta, animal o vegetal, reincorpora el
fósforo al ciclo terrestre.
El fósforo meteorizado, así como el procedente de la descomposición de la materia orgánica
muerta, puede ser movilizado y transportado por las lluvias y corrientes de agua hasta los
océanos. Parte del fósforo que llega a los océanos se incorpora a los ecosistemas marinos,
donde pasa a los peces, y de éstos a aves marinas (pelícanos, cormoranes, gaviotas), los
cuales depositan sus excrementos, ricos en fósforo, en las costas, formándose así depósitos
de guano, que son utilizados como abono, con lo que parte del fósforo marino puede

5. regresar a los ecosistemas terrestres. Cuando los organismos marinos mueren sus restos
sedimentan en las profundidades. Sobre estos restos actúan los descomponedores,
liberándose así el fósforo.
Sin embargo, la mayor parte de fósforo que llega al mar, junto con la procedente de la
descomposición de los restos de organismos marinos sedimenta, con lo que su
reincorporación al ciclo va asociada a procesos geológicos complejos. Son las llamadas
"trampas del fósforo", porque al acumularse en los sedimentos marinos quedan fuera del
alcance del hombre. Algunos de estos sedimentos son puestos de nuevo en circulación por
corrientes ascendentes, afloramientos, con lo que puede ser utilizado en el ecosistema
marino
Intervenciones humanas en el ciclo del fósforo:
La acción del hombre puede incorporar porcentajes significativos de fósforo al ciclo, a través
del vertido de sustancias químicas, como los detergentes, ricos en fosfatos, y el exceso en la
aplicación de fosfatos a las tierras de cultivo, que llevados a cuencas marinas y
continentales, tienen como principal efecto ambiental la eutrofización de las aguas,
favoreciendo el desarrollo desmesurado de las comunidades de microorganismos en estos
medios, agotando el oxígeno.
CICLO DEL FÓSFORO
DESCOMPONEDORES
Restos
Alimento
PRODUCTORES
Disolución
Transporte
FOSFATOS EN EL SUELO
diagénesis
Alimento
GUANO
CONSUMIDORES
Restos
Restos
Erosión
Transporte
Absorción
Abonado
Meteorización
Disolución y transporte
ROCAS FOSFATADAS
Absorción
PRODUCTORES
PO4 3-
Afloramiento
Absorción
Restos
Mineralización
CONSUMIDORES
DESCOMPONEDORES
Mineralización
Acumulación
SEDIMENTOS MARINOS
CICLO DEL NITRÓGENO
El nitrógeno es fundamental para la vida, ya que es un componente imprescindible de las
proteínas y de los ácidos nucleicos.
La principal reserva o almacén de este elemento es la atmósfera, que está constituida en un
78 % por nitrógeno molecular (N2). Además también contiene pequeñas cantidades de
amoníaco (NH3) procedente de erupciones volcánicas y de la putrefacción de los restos

6. orgánicos, y
de los denominados NOx (NO, NO2 y N2O), originados también en las
erupciones volcánicas y en la oxidación del N2 atmosférico por las descargas eléctricas en
las tormentas (fijación atmosférica).
A diferencia del carbono, las plantas no pueden asimilar el N directamente de la atmósfera
en forma gaseosa. Por esta razón deben tomarlo del suelo (donde no es abundante) en
forma de nitratos o de iones amonio. Los consumidores obtienen su nitrógeno a partir de los
ácidos nucleicos y proteínas de los productores.
En el ciclo del nitrógeno hay cuatro procesos importantes: fijación, amonificación,
nitrificación y desnitrificación.
Fijación del nitrógeno atmosférico:
Consiste en la incorporación del nitrógeno molecular gaseoso en moléculas orgánicas.
Existen algunos microorganismos que son capaces de combinar el N2 con el H para formar
amoníaco, NH3, proceso que se denomina fijación biológica del nitrógeno. Principalmente
son bacterias que viven libres en el suelo (Azotobacter) o en simbiosis en las raíces de
determinadas plantas como las leguminosas (Rhizobium), algas cianoficeas (Nostoc,
Anabaena, que forman parte del fitoplancton) y hongos (Frankia, que forma nódulos
radiculares en ciertos árboles). Las bacterias del género Rhizobium son simbiontes y se
asocian con las raíces de leguminosas, a las que ceden parte del nitrógeno captado. Ello
explica la conveniencia de realizar rotaciones con leguminosas en los campos de cultivo, ya
que, de este modo, los fertilizan de forma natural.
Otras formas de conversión del N2 en nitrógeno asimilable por las plantas son las tormentas
eléctricas (fijación atmosférica) ya que el N2 se combina con el oxígeno de la atmósfera
formando óxidos de nitrógeno: NO, N2O, NO2 (NOx). Éstos reaccionan con el vapor de agua
que hay en la atmósfera formando ácido nítrico (HNO3) que cae con la lluvia; al llegar al
suelo reaccionan con sus componentes formando nitratos que las plantas asimilan.
La fijación industrial consiste en la fabricación de abonos nitrogenados y posterior
abonado.
Amonificación:
Es la liberación de NH3 a partir de las proteínas y ácidos nucleicos de los restos orgánicos.
Intervienen bacterias quimioheterótrofas (descomponedoras)
Nitrificación:
Es la oxidación del NH3 obteniéndose las sales nitrogenadas. El NH3 del suelo es
transformado en los nitratros que necesitan las plantas por el proceso de nitrificación, en
el que intervienen las bacterias nitrificantes (son bacterias quimiolitotrofas aerobias). Este
proceso tiene lugar en dos fases: bacterias del género Nitrosomonas transforman el
amoniaco en ión nitrito (nitrosación); bacterias del género Nitrobacter oxidan los nitritos
para formar nitratos (nitratación).
Desnitrificación:
Es un proceso contrario a la nitrificación, que se produce cuando hay condiciones anaerobias
en el suelo, bien por encharcamiento, por compactación o por una disminución del pH.
También es un proceso bacteriano. Estas bacterias devuelven el nitrógeno a la atmósfera. El
proceso consiste en el paso de nitratos a nitritos y de éstos a N2 y N2O que pasan al aire. Lo
producen bacterias anaerobias del género Pseudomonas. Este proceso es muy perjudicial
para la agricultura, ya que reducen la cantidad de nitratos en el suelo.

7. Intervenciones humanas en el ciclo del nitrógeno
El nitrógeno es uno de los nutrientes esenciales para la vida, sin embargo, debido a la
intromisión humana en su ciclo, se ha convertido en un contaminante. El hombre contamina
la atmósfera con varios óxidos de nitrógeno y contamina el agua con nitratos lixiviados de
los suelos agrícolas.
•
El abonado excesivo a las tierras de cultivo perturba el equilibrio natural entre fijación y
desnitrificación. Por un lado, la excesiva fertilización del suelo conduce al lixiviado de los
nitratos que pasan a las aguas subterráneas, y a través de la escorrentía llegan a los
ecosistemas acuáticos donde producen eutrofización. Por otro lado, se incrementa la
desnitrificación, aumentando así los niveles atmosféricos de N2O; este gas contribuye al
efecto invernadero y a la destrucción de la capa de ozono
•
El exceso de riego y el pisoteo excesivo, favorecen condiciones de anaerobiosis en el
suelo y con ello la desnitrificación. Esto conlleva un empobrecimiento del suelo en
nitratos, además de los problemas del punto anterior.
•
Los procesos de combustión a altas temperaturas que tienen lugar en los automóviles y
en industrias, liberan moléculas de NO2 a la atmósfera. Allí, con el vapor de agua
atmosférico, dan lugar a ácido nítrico, uno de los causantes de la lluvia ácida.
•
Los nitratos en agua son perjudiciales para el hombre
CICLO DEL NITRÓGENO
N2 ATMOSFÉRICO
Fijación biológica
(bacterias del suelo)
DESCOMPONEDORES
Nitrosación
(bacterias del suelo)
Restos
NO2 CONSUMIDORES
Nitratación
NO2
-
Alimento
PRODUCTORES
(bacterias del suelo)
Fotosíntesis
Desnitrificación (bacterias del suelo)
NO3 -
(abonos)
N2
N2O
Fijación industrial
NH3
Fijación atmosférica
Amonificación
(bacterias del suelo)

8. CICLO DEL AZUFRE
La reserva principal de azufre se encuentra, en forma de sulfatos en la hidrosfera y en los
yesos y piritas de la litosfera.
En la atmósfera, el azufre se encuentra en forma de:
-
Sulfuro de hidrógeno (H2S), que proviene de la actividad volcánica, la descomposición de
la materia orgánica y del océano por la acción de ciertas algas denominadas DMS
Dióxido de azufre (SO2) y sulfatos (SO42-) originados por la actividad volcánica y,
mayoritariamente, por el uso de combustibles fósiles por el hombre.
Sulfatos contenidos en las microgotas de aerosol de agua marina que los vientos
transportan desde el mar al interior de los continentes.
Estos compuestos reaccionan con el vapor de agua de la atmósfera transformándose en
ácido sulfúrico (H2SO4) que vuelve a la tierra como lluvia, formando parte de la llamada
lluvia ácida.
En la litosfera, el azufre se encuentra en su mayoría como yeso (sulfato de calcio hidratado),
que se forma debido a la evaporación de aguas marinas ricas en sulfatos (el mar es el
principal reservorio de este bioelemento). Otro acúmulo importante de azufre en el suelo
son los sulfuros de hierro (piritas), que quedan en sedimentos arcillosos; estos pueden ser
devueltos a la atmósfera por la actividad volcánica o mediante la quema de combustibles
fósiles.
Los sulfatos (SO42-) depositados en el suelo y en el agua constituyen la principal fuente de
azufre para los seres vivos. Los vegetales (y otros organismos fotosintéticos) incorporan el
azufre a partir de los sulfatos, y mediante la fotosíntesis los reducen a sulfuro de hidrógeno
(H2S) que utilizan para fabricar ciertas moléculas orgánicas como aminoácidos (proteínas) y
acetil-coenzima A. De esta manera es transferido a los restantes niveles tróficos. Al morir los
organismos, sus restos proteicos son descompuestos y reducidos a sulfuro de hidrógeno por
la acción de bacterias descomponedoras anaerobias, como Aerobacter.
El H2S del suelo o del agua puede oxidarse de nuevo a SO42- por la acción bacteriana:
-
En condiciones aerobias es oxidado por bacterias autótrofas quimiosintéticas
(Thiobacillus)
En condiciones anaerobias puede ser aprovechado por bacterias fotosintéticas
(fotosíntesis anoxigénica).
En el suelo existen otras bacterias, las sulfobacterias o bacterias sulfatorreductoras que, en
condiciones anaerobias, devuelven los sulfatos a sulfuros (Desulfovibrio).
Parte del sulfuro de hidrógeno, tanto en medios terrestre como acuáticos puede quedar
inmovilizado en forma de piritas o formando parte del petróleo o carbón. Este azufre puede
ser devuelto a la atmósfera por la actividad volcánina, actividad biológica y la quema de
combustibles fósiles.
Intervenciones humanas en el ciclo del azufre
De todos los gases atmosféricos, el dióxido de azufre es el más implicado en la
contaminación del aire. Las principales fuentes pertenecen a dos categorías: naturales y de

9. origen humano. Las fuentes naturales incluyen la actividad microbiana, los volcanes, el
aerosol marino y y la erosión. Las emisiones de origen humano proceden de las centrales
térmicas, la industria y la automoción.
•
CICLO DEL AZUFRE
ATMÓSFERA
H2S S02 SO42Alimentación
Vapor de agua
PRODUCTORES
CONSUMIDORES
Absorción
Restos
H2SO4
Restos
DESCOMPONEDORES
Lluvia
SO42SUELO
Bacterias
quimiosintéticas
y fotosintéticas
Combustión
•
El SO2 produce una toxicidad aguda y daños graves a la vegetación en el área
circundante a la fuente de emisión.
Al combinarse con el vapor de agua de la atmósfera forma la lluvia ácida que produce
efectos nocivos sobre la vegetación, el hombre y las construcciones
La presencia de sulfuro de hidrógeno en las zonas anaerobias (sedimentos del fondo) de
los ecosistemas acuáticos, en aguas residuales con una gran proporción de materia
orgánica o en suelos inundados también ricos en materia orgánica, es nociva para la
mayoría de los organismos
Meteorización, erosión,
vulcanismo, minería
•
Bacterias
descomponedoras
H 2S
Bacterias
sulfatorreductoras
Acumulación
Sedimentación
SULFUROS DE HIERRO
PETRÓLEO, CARBÓN