El documento describe los ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, fósforo y otros elementos. Estos ciclos implican que los átomos de estos elementos son incorporados por los organismos vivos a través de procesos como la fotosíntesis y la alimentación, y luego son devueltos al medio ambiente a través de procesos como la respiración, la descomposición y la mineralización, permitiendo que los elementos sean reutilizados continuamente. Bacterias desempeñan un papel clave en la

1. DEFINICIONES
 Ciclo:Secuencia de cambios que, una vez
completados, produce un estado final idéntico al
original.
 Material:
Sustancia(s) de la(s) cual(es) esta
compuesto un objeto.
 Sustancia: Materia cuya composición química es
conocida.
 Elemento: una de las 116 sustancias conocidas que
no pueden separarse en sustancias mas simples
mediante métodos químicos.

2. CICLO DE LA MATERIA
 Los distintos elementos químicos pasan de estar
constituyendo materia inorgánica a constituir parte de un ser
vivo, y posteriormente vuelven al medio inorgánico, y así
sucesivamente.
 Sólo algunos elementos, como, por ejemplo, el fósforo, pasan
a depositarse en lugares inaccesibles para volver a ser
captados por los seres vivos, y prácticamente no siguen un
flujo cíclico. Debemos pues matizar que el ciclo de la materia
tiende a ser cerrado. Utilizamos la palabra tiende, ya que con
cierta frecuencia los nutrientes escapan de la biosfera por
gasificación o lixiviado, pudiendo ser exportados lejos de su
lugar de origen.
 Además, algunos restos orgánicos escapan al reciclado en
condiciones anaerobias, siendo transformados en
combustibles fósiles, carbón y petróleo, y almacenándose en
la litosfera.
 Los principales ciclos biogeoquímicos son el del
carbono, nitrógeno, fósforo y azufre.

3. CICLOS DE LA MATERIA
Los átomos de fósforo (P), carbono (C), nitrógeno (N) y el resto
de los elementos químicos que forman los seres vivos, son los
mismos átomos que han existido en la Tierra desde su origen.
Una elemento químico puede ser parte de un organismo en un
momento y parte del ambiente del organismo en otro momento.
La producción de materia viva y su funcionamiento requiere de
ciertos elementos( N, C, P, S, O e H).
Su relativa escasez en el planeta se compensa gracias a los
ciclos biogeoquímicos, que posibilitan la migración, la circulación
y el reciclado de estos bioelementos desde el medio ambiente a
los seres vivos y de estos nuevamente al medio.
Estos elementos circulan a través del aire, el suelo, el agua y los
seres vivos.
Gracias a los ciclos es posible que los elementos se encuentren
disponibles para ser usados una y otra vez por los organismos;
sin estos la vida se extinguiría.

4. Elementos en la biósfera
• Los tres principales • Otros minerales
(99.47%) – Nitrógeno 0.272%
– Hidrógeno 47.74% – Calcio 0.072%
– Carbono 24.90% – Potasio 0.044%
– Oxígeno 24.93% – Silicio 0.033%
– Magnesio 0.031%
– Azufre 0.017%
– Aluminio 0.016%
– Fósforo 0.013%
– Cloro 0.011%
carbohidratos = “CH2O” – Sodio 0.006%
– Hierro 0.005%
celulosa, almidón, etc. – Manganeso 0.003%

5. Figura 2. Esquema idealizado de los dos tipos de ciclos biogeoquímicos:
(A) ciclos globales del C, N, O e H; (B) ciclos locales del P, S, K, Ca y
elementos traza.

6. Fotosíntesis bruta
Flujos de Energía y Carbono
Respiración de hojas
en los Ecosistemas Terrestres
Fotosíntesis neta
Respiración de plantas
PRODUCTIVIDAD PRIMARIA
NETA
Consumo de herbivoros
Excreción
Producción de broza
Asimilación
Respiración
Respiración de
descomponodores
PRODUCTIVIDAD SECUNDARIA
NETA
Depredación
Acumulación de broza
Acumulación de biomasa viva Acumulación de biomasa viva
y materia orgánica
PRODUCTIVIDAD NETA DEL
ECOSISTEMA Aber y Melillo 1991

7. DESCOMPOSICIÓN
HU
C
R1 BM
IN
F
Rf
L RL
TIEMPO
HU Humus
C = CATABOLISMO
BM Biomasa microbiana
F = FRACCIONAMIENTO Rf Recursos fraccionados
RL Recursos lavados
L = LAVADO
Adaptado de Swift et al. 1979

8. Ciclos biogeoquímicos
CARBONO NITRÓGENO FÓSFORO
atmósfera atmósfera atmósfera
vegetales vegetales vegetales
animales animales animales
org inorg org inorg org inorg
suelo suelo suelo

9. CICLO DEL CARBONO
El carbono es uno de los elementos más
abundantes de la materia viva, formando
la base estructural de las moléculas
orgánicas:
 glúcidos
 Lípidos
 Proteínas
 Ácidos nucleicos
El Carbono se puede encontrar en la
naturaleza de muchas formas:
 En la atmósfera en forma de dióxido de
carbono (CO2).
 Disuelto en el agua de los océanos.
 En las rocas carbonatadas, como las
calizas.
 En los combustibles fósiles como el
petróleo, el carbón y el gas natural.

11. 1 Los organismos productores, tanto
terrestres como acuáticos, incorporan
el carbono en forma de CO2
mediante la fotosíntesis, formando
moléculas orgánicas glúcidos,
proteínas...).
2 Los consumidores incorporan el
carbono mediante los alimentos.
3 Mediante la respiración se desprende
CO2 de nuevo a la atmósfera.
4 La descomposición de la materia
orgánica muerta por los
descomponedores también libera
CO2 a la atmósfera.
5 Restos orgánicos pueden quedar
enterrados en condiciones
anaeróbicas y formar con el tiempo
carbón, petróleo o gas natural.
La quema de los combustibles
fósiles por el ser humano devuelve
a la atmósfera el CO2 enterrado
hace millones de años.

12.  El carbono es incorporado en forma de CO2 por los
productores mediante la fotosíntesis. Los consumidores
incorporan el carbono al alimentarse de los productores, y los
descomponedores lo hacen al actuar sobre los cadáveres y
los descomponedores devuelven la mayor parte del carbono
al medio en forma de CO2. Algunos organismos marinos
utilizan el CO2 disuelto en el agua para formar sus conchas y
esqueletos (CaCO3). Cuando estos organismos mueren caen
al fondo, reintegrando el C muy lentamente al ciclo cuando los
sedimentos se disuelvan o queden expuestos a la intemperie
por algún fenómeno geológico.
 Parte del carbono de la Tierra es retenido en la corteza
terrestre durante largos períodos en forma de combustibles
fósiles -carbón, petróleo y gas natural- hasta que es liberado a
la atmósfera como CO2 cuando estos son quemados. Las
erupciones volcánicas también liberan parte de este C a la
atmósfera en forma de CO2 y CO.

14. CICLO DEL NITRÓGENO
 El nitrógeno es un elemento
esencial para los seres vivos ya
que forma parte de las proteínas y
de los ácidos nucleicos.
 El nitrógeno se encuentra en la
atmósfera como gas (N2)
constituyendo el 78% de los gases
del aire.
 En el suelo en cambio es muy
escaso.
 El nitrógeno atmosférico (N2), no
es utilizable por la mayoría de los
seres vivos, ya que sólo
determinadas bacterias tienen la
capacidad de usarlo.
 Los productores deben tomarlo en
forma de nitratos (NO3).

15. 1 En el suelo existen bacterias
fijadoras de nitrógeno atmosférico
(N2) que producen compuestos
inorgánicos como el amoníaco
(NH3).
2 Otras bacterias transforman el
amoníaco (NH3) en nitrato (NO3)
que pueden ser utilizado
directamente por las plantas.
NITRIFICACIÓN.
3 El resto de los seres vivos
incorporan el nitrógeno a través de
las cadenas tróficas.
4 Los restos nitrogenados que
excretan los seres vivos, como la
urea y los restos de organismos
muertos, pueden ser de nuevo
utilizados por las plantas.
AMONIFICACIÓN.
5 Otras bacterias del
suelo, devuelven el nitrógeno de
nuevo a la atmósfera.
DESNITRIFICACIÓN.

16. En este ciclo intervienen bacterias, que son las que
permiten la circulación del Nitrógeno.
* Bacterias que fijan nitrógeno atmosférico (N2) y lo
convierten en amoníaco (NH3).
N2 NH3
* Bacterias nitrificantes que transforman el amoníaco
(NH3)en nitrato (NO3).
NH3 NO3
* Bacterias amonificantes que partiendo de restos orgánicos
(orines y cadáveres de animales) devuelven amoníaco al
suelo.
* Bacterias desnitrificantes que transforman el nitrato (NO3) a
nitrógeno atmosférico (N2).
NO3 N2

17. En la fijación de nitrógeno intervienen bacterias simbióticas que
viven en las raíces de las plantas, sobre todo en leguminosas
como el guisante, el haba, la judía, el garbanzo…
El género Rhizobium realiza una simbiosis con las leguminosas,
en la que las bacterias penetran en las células de las raíces de las
plantas y forman unos abultamientos llamados nódulos donde se
fija el nitrógeno.
Estas bacterias son capaces de fijar el N2 del aire y
transformarlo en nitrato (NO3), que es la forma en que los
vegetales incorporan el nitrógeno que necesitan.
N2 NO3
La bacteria proporciona nitrógeno al vegetal y éste le proporciona
a la bacteria materia orgánica obtenida mediante la fotosíntesis.

18.  El nitrógeno se encuentra en la troposfera en una proporción de un
78 %, sin embargo, en esta forma no puede ser utilizado
directamente como nutriente por los vegetales o animales, por lo que
debe convertirse en otras formas útiles para las plantas; estos
procesos se denominan fijación del nitrógeno . Procariotas como
las cianofíceas y algunas bacterias (Clostridium, Rhizobium...)
reducen el N2 atmosférico en forma de amoníaco (NH3). Algunas
bacterias acumulan el NH3 formado en el suelo. Otras, como es el
caso de Rhizobium vive en simbiosis formando nódulos en las raíces
de las leguminosas, a las que transfiere el NH3 directamente.
 El NH3 fijado es transformado por otro grupo especializado de
bacterias que lo oxidan formando el ión nitrito NO2- , son bacterias
del género Nitrosomonas y este proceso se denomina nitrosación;
las bacterias del género Nitrobacter oxidan el ión nitrito
convirtiéndolo en nitrato (NO3-) (nitración), que constituye la fuente
principal de nitrógeno para las plantas superiores. Existen una serie
de bacterias, llamadas desnitrificantes (Pseudomonas) que realiza el
proceso inverso, liberando N2 a la atmósfera.

19.  La iluminación también tiene un papel en la fijación del
N2, ya que lo combina con el oxígeno de la atmósfera
formando NO2. Estos gases reaccionan con el vapor de agua de
la atmósfera que los transforma en ión nitrato, que vuelve a la
tierra como ácido nítrico (HNO3) disuelto en las precipitaciones.
 Las bacterias del género Rhizobiumm fijadoras del nitrógeno
atmosférico, suelen encontrarse en simbiosis con determinadas
plantas, principalmente leguminosas
(trébol, alfalfa, judía, guisante, etc.). Las bacterias se localizan
en los nódulos radiculares, pequeños abultamientos de las
raíces de las plantas. En dichos nódulos, las bacterias realizan la
fijación del nitrógeno, que es aprovechado por las plantas para
su metabolismo.
 La presencia de nitratos en el agua potable produce
enfermedades, a veces mortales, en animales y en el hombre. Al
ser transformados a nitritos en el tubo digestivo, provocan
diarreas, gastroenteritis y en los bebés la piel adquiere un color
azulado muy característico por falta deO2.

21. Ciclo gaseoso: el ciclo del nitrógeno
NH4 Ó NH3
2NH3 + 3 O2  2 NO2- + 2 H+ + 2H2O
NO2- + O2  2 NO3-
Amonificación
Nitrificación
Desnitrificación
Fijación biológica
Asimilación.
Curtis y Barnes, 1995

22. CICLO DEL FÓSFORO
El fósforo es un componente de los
ácidos nucleicos y de la molécula
donante de energía, el ATP.
Se encuentra también en huesos y
dientes de animales.
En la naturaleza la principal reserva
de fósforo se encuentra en las rocas
de tipo apatito (fosfato tricálcico) en
la corteza terrestre, por lo que no es
una forma accesible para los seres
vivos.
Por meteorización se libera
lentamente entrando en los
ecosistemas terrestres en forma de
sales disueltas (fosfatos).

23. 1 Las plantas toman del
suelo el fósforo en forma
de sales minerales, los
fosfatos, y lo incorporan a
sus estructuras.
2 Los consumidores
incorporan el fósforo a
través de las cadenas
tróficas.
3 Cuando los organismos
mueren sus esqueletos
ricos en fosfatos se liberan
y se incorporan de nuevo
al suelo.

24. 1 En el medio marino el fósforo
se acumula en el fondo
oceánico y con el tiempo da
lugar a rocas fosfatadas.
2 Estas rocas por acción del agua
van desprendiendo fósforo
lentamente.
El fósforo liberado puede ser
utilizado por las algas e iniciar el
ciclo.
3 Una fuente importante de fósforo
son los excrementos de aves
marinas, el guano, que puede
acumularse en algunos lugares en
grandes cantidades.

25.  El fósforo es un nutriente esencial para vegetales y animales
principalmente en sus formas de iones fosfato (PO4 3- , HPO4 2-).
 Este elemento se mueve desde los depósitos de fosfato en la tierra y
los sedimentos marinos a los organismos vivos, y luego de regreso a
tierra y al océano.
 El fósforo liberado de los depósitos de fosfato de las rocas por
procesos de meteorización, es disuelto en el agua del suelo de
donde es tomado por las raíces de los vegetales y de estos pasa al
resto de la cadena alimentaria; cuando estos seres vivos mueren
son descompuestos por la acción de los organismos
descomponedores, liberándose así el fósforo .
 Estos restos de animales ricos en fósforo también llegan al mar, de
donde pasan a los peces y de estos a las aves acuáticas
(pelícanos, cormoranes...), las cuales depositan sus
excrementos, ricos en fósforo, en las costas, formándose depósitos
de guano, que son utilizados como abono.
 El resto del fósforo queda depositado en los sedimentos
marinos, que en el transcurso de millones de años pueden ser
expuestos a la intemperie por los fenómenos geológicos entrando
nuevamente en el ciclo. Este proceso de liberación es pues muy
lento (105 - 108 años), razón por la que constituye el principal factor
limitante de los organismos fotosintéticos.

27. Ciclo sedimentario: el ciclo del fósforo
Curtis y Barnes, 1995

28. CICLO DEL AZUFRE
 Los sulfatos son abundantes en general en los suelos, pues, aunque se
pierden por el lixiviado de las tierras, son repuestos por las lluvias de forma
natural. Sólo las plantas, bacterias y hongos son capaces de incorporarlos
directamente en forma de SO42- para reducirlos en primer lugar a SO3 y
posteriormente a H2S, utilizable en la biosíntesis vegetal. De esta manera el
azufre puede ser transferido a los demás niveles tróficos. Los seres vivos al
morir liberan H2S a la atmósfera y otros sistemas terrestres .
 Cuando los seres vivos mueren sus restos son utilizados por bacterias como
Neurospora transformando el H2S en SO42- . Las sulfobacterias
quimiosintéticas oxidan H2S para obtener la energía necesaria para la
fijación del carbono liberando SO4 2- que podrá ser nuevamente utilizado
por vegetales y animales.
 En los océanos profundos y lugares pantanosos, en ausencia de O2, el
sulfato es reducido a H2S mediante la acción de ciertas bacterias
sulfatorreductoras. Durante el proceso se libera oxígeno, que es
aprovechado por otros microorganismos para la respiración.

29.  El H2S así formado puede seguir dos caminos:
 Uno descendente, combinándose con hierro y precipitando en forma
de piritas.
 Otro ascendente, hasta alcanzar lugares oxigenados, donde se
oxida de nuevo a SO42- mediante un proceso foto o
quimiosintético, en función de presencia o ausencia de luz.
 El paso de H2S del océano a la atmósfera, que sirve para
compensar las pérdidas de SO42- hacia el mar, es llevado a
cabo, de forma mayoritaria, por las algas denominadas
Dimetilsulfuro (DMS). Éstas poseen betaína, compuesto
sulfurado que las libera del exceso de sal.
 Las elevadas concentraciones de H2S producen el típico olor a
huevos podridos, mas en pequeñas dosis provocan un
agradable olor a mar.
 En la atmósfera el H2S se oxida rápidamente con los OH-
, formando H2SO4, que, haciendo el papel de “núcleos de
condensación”, favorecen las lluvias, que devuelven el azufre al
mar o al continente, con lo que el ciclo se cierra.
 Los volcanes de forma natural, las industrias y la quema de
combustibles fósiles incrementan en la atmósfera la cantidad de
SO2, y por tanto la de H2SO4, originando el problema de la
“lluvia ácida”.

31. Atmósfera Ciclo Global del Agua
13.000 Precipitación
Evapotranspiración
71.000
Precipitación
Evaporación
111.000
Hielo 425.000
33.000.000
Escorrentía
Aguas de suelos 40.000
122.000 385.000
Agua subterránea Océanos
15.300.000 1.350.000.000
Unidades km3 y km3/año
PPT = Ev + Tr.+ Dr. + Esc. + Sue. + Veg. Schlesinger 1997
Biogeochemistry of Global Change