Ciclos biogeoquímicos

CICLOS
BIOGEOQUÍMICOS
QUÍMICA AMBIENTAL 2017

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 período. Sin
embargo, casi siempre la materia se
reutiliza y a menudo circula varias veces,
tanto dentro de los ecosistemas como
fuera de ellos.

Se pudiera admitir que la cantidad total de agua que existe en la tierra, en sus tres fases:
 Sólida,
 Líquida
 Gaseosa,
Se han mantenido constante desde la aparición de la humanidad. El agua de la tierra que
constituye la hidrósfera se distribuye en tres reservorios principales:
 los océanos,
 los continentes
 la atmósfera
entre los cuales existe una circulación continua el ciclo del agua o ciclo hidrológico

El movimiento del agua en el ciclo hidrológico es mantenido
por la energía radiante del sol y por la fuerza de la gravedad.
El ciclo hidrológico se define como la secuencia de fenómenos
por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre,
en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases
líquida y sólida.

Los rayos solares calientan las aguas. El vapor sube a la
troposfera en forma de gotitas. El agua se evapora y se
concentra en las nubes. El viento traslada las nubes desde
los océanos hacia los continentes.

 Evaporación: cuando el agua pasa a estado gaseoso se le denomina evaporación, a
este proceso contribuyen el agua de los océanos, la sudoración de animales y las
plantas. Las plantas aportan un 10% de agua a la atmósfera.
 Condensación: cuando el vapor va ascendiendo y se convierte en las nuevas.
 Precipitación: una vez formadas las nubes, se enfrían y se crean gotas mas gordas
que finalmente caen a la tierra por su mayor peso.
 Infiltración: una vez que el agua cae a la tierra esta empieza a adentrarse llegando al
subsuelo y alcanzando acuíferos.
 Escorrentía: el agua en vez de filtrarse, comienza a desplazarse erosionando el
terreno.
 Fusión: el agua que se ha helado comienza a derretirse y volviendo otra vez a líquido
mediante el deshielo.
 Por último está la solidificación: si la temperatura de una nube está por debajo de los
0ºc, el agua se congela y se precipitará en forma de nieve o granizo.

El ciclo del carbono es el sistema de las transformaciones químicas de compuestos que
Contienen carbono en los intercambios entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Es
Un ciclo biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la tierra, y en
el se ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida.
El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Forma parte de
compuestos como: la glucosa, carbohidrato importantes para la realización de procesos
como: la respiración; también interviene en la fotosíntesis bajo la forma de CO2 (dióxido
de carbono) tal como se encuentra en la atmósfera.

La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan
asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración
de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se
consumen en los procesos de fotosíntesis.
La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración, los seres vivos oxidan los
alimentos produciendo CO2

 Ciclo del carbono el carbono, como dióxido de carbono, inicia su ciclo
de la siguiente manera:
Durante la fotosíntesis, los organismos productores (vegetales terrestres y
acuáticos) absorben el dióxido de carbono, ya sea disuelto en el aire o en
el agua, para transformarlo en compuestos orgánicos. Los consumidores
primarios se alimentan de esos productores utilizando y degradando los
elementos de carbono presentes en la materia orgánica. Gran parte de ese
carbono es liberado en forma de CO2 por la respiración, mientras que otra
parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros
(consumidores secundarios), que se alimentan de los herbívoros. Es así
como el carbono pasa a los animales colaborando en la formación de
materia orgánica.

Los organismos de respiración aeróbica (los que utilizan
oxígeno) aprovechan la glucosa durante ese proceso y al
degradarla, es decir, cuando es utilizada en su metabolismo,
el carbono que la forma se libera para convertirse
nuevamente en dióxido de carbono que regresa a la
atmósfera o al agua.
Los desechos de las plantas, de los animales y de restos de
organismos se descomponen por la acción de hongos y
bacterias. Durante este proceso de putrefacción por parte de
los descomponedores, se desprende CO2.

El CO2 se encuentra:
en el océano y en el agua dulce
como
en la atmósfera (gas) como
CO2 disuelto, CO2-
3 (carbonato), HCO3-
(bicarbonato), Ca CO3(rocas
calizas)
CO2 (en un 0,03%)

El azufre forma parte de proteínas. Las plantas y
otros productores primarios lo obtienen
principalmente en su forma de ion sulfato (SO4 -2).
Los organismos que ingieren estas plantas lo
incorporan a las moléculas de proteína, y de esta
forma pasa a los organismos del nivel trófico
superior. Al morir los organismos, el azufre
derivado de sus proteínas entra en el ciclo del
azufre y llega a transformarse para que las plantas
puedan utilizarlos de nuevo como ion sulfato.

Los intercambios de azufre, principalmente en su forma
de dióxido de azufre (SO2), realizan entre las
comunidades acuáticas y terrestres, de una manera y de
otra en la atmósfera, en las rocas y en los sedimentos
oceánicos, en donde el azufre se encuentra almacenado.
El SO2 atmosférico se disuelve en el agua de lluvia o se
deposita en forma de vapor seco. El reciclaje local del
azufre, principalmente en forma de ion sulfato, se lleva a
cabo en ambos casos. Una parte del sulfuro de hidrógeno
(H2S), producido durante el reciclaje local del sulfuro, se
oxida y se forma SO2.

COMPUESTOS DE AZUFRE Y LLUVIA
ÁCIDA

Muchos de los efectos ambientales que se le atribuyen al
SO2 SE DEBEN AL ÁCIDO SULFURICO. La presencia de SO2
y el ácido sulfúrico que produce dan como resultado el
fenómeno de lluvia ácida. El agua de lluvia no contaminada,
por lo general tiene un pH de aproximadamente 5.6. La
fuente principal de la acidez natural es el CO2, el cual
reacciona con agua para formar ácido carbónico, H2CO3 .
Por lo general la lluvia ácida tiene un pH cercano a 4.

 Otra fuente del óxido de azufre son las calderas de calefacción domésticas que usan
combustibles que contiene azufre (ciertos tipos de carbón o gasóleo).
 El NO se forma por reacción entre el oxígeno y el nitrógeno atmosféricos a alta
temperatura.
O2 + N2 → 2NO
 Una de las fuentes más importantes es a partir de las reacciones producidas en los
motores térmicos de los automóviles y aviones, donde se alcanzan temperaturas
muy altas. Este NO se oxida con el oxígeno atmosférico,
O2 + 2NO → 2NO2, y este 2NO2

 y reacciona con el agua dando ácido nítrico (HNO3), que se
disuelve en el agua.
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
 Para evitar esta producción se usan en los automóviles con motor
de gasolina, los catalizadores que disocian el óxido antes de
emitirlo a la atmósfera. Los vehículos con motor diesel no pueden
llevar catalizadores y por lo tanto, en este momento son los únicos
que producen este gas.

La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la
atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el
proceso por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis)
El ciclo del oxígeno es la cadena de reacciones y procesos que describen la
circulación del oxígeno en la biosfera terrestre.

ABUNDANCIA EN LA TIERRA
El oxígeno es el elemento más abundante en masa en la corteza
terrestre y en los océanos.
En la atmósfera se encuentra como oxígeno molecular (O2), dióxido de
carbono(CO2), y en menor proporción en otras moléculas como
monóxido de carbono (CO),ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2),
monóxido de nitrógeno (NO) o dióxido de azufre (SO2).

ATMÓSFERA
El O2 le confiere un carácter oxidante a la atmósfera. Se formó por
fotólisis de H2O.
El oxígeno molecular presente en la atmósfera y el disuelto en el agua
interviene en muchas reacciones de los seres vivos. En la respiración
celular se reduce oxígeno para la producción de energía y generándose
dióxido de carbono, y en el proceso de fotosíntesis se origina oxígeno y
glucosa a partir de agua, dióxido de carbono (CO2) y radiación solar.

HIDRÓSFERA Y ATMÓSFERA QUÍMICA
BÁSICA ESTRUCTURA LÍTICA
El oxígeno es ligeramente soluble en agua, aumentando su solubilidad
con la temperatura. Condiciona las propiedades rédox de los sistemas
acuáticos. Oxida materia bioorgánica dando el dióxido de carbono y
agua.

El ciclo del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos
en que se basa el suministro de este elemento a los seres vivos. Es uno
de los ciclos biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio
dinámico de composición de la biosfera. Los seres vivos cuentan con
una gran proporción de nitrógeno en su composición química.
El nitrógeno oxidado que reciben como nitrato (NO3-) a grupos amino,
reducidos (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 (NH4+), proceso que se llama amonificación; y
que luego el amonio sea oxidado a nitrato, proceso llamado
nitrificación.

FIJACIÓN DE NITRÓGENO
Se trata de la etapa que origina compuestos solubles
a partir del N2, y la desnitrificación, una forma de
respiración anaerobia que devuelve N2 a la
atmósfera.

AMONIFICACION
La amonificación es la conversión a ion amonio del
nitrógeno que 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.

NITRIFICACIÓN
Es la oxidación biológica del amonio al
nitrato 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.

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.

CICLO DEL FOSFORO
 El fósforo es un componente esencial de los
organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos
(ADN y ARN); del ATP y de otras moléculas que
tienen PO43- y que almacenan la energía
química; de los fosfolípidos que forman las
membranas celulares; y de los huesos y dientes
de los animales

Está en pequeñas cantidades en las plantas, en
proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los
animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.
Su reserva fundamental en la naturaleza es la
corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o
sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible
para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad
es arrastrado por las aguas y llega al mar.

 Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma
rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar
de nuevo las sales de fósforo.
 Otra parte es absorbida por el plancton que, a su vez, es comido
por organismos filtradores de plancton, como algunas especies de
peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus
nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a
tierra.
 Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en
los lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo,
arrastrando fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton
prolifera en la superficie.

Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente
de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la
tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades
desmesuradas, originándose problemas de eutrofización.

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