Ciclos biogeoquímicos

Te explicamos qué son y cuáles son los ciclos biogeoquímicos, y en qué consiste cada uno. Además, sabrás los tipos de ciclos que existen y su importancia.

¿Qué son los ciclos biogeoquímicos?

Los ciclos biogeoquímicos son la circulación de elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente que los rodea mediante procesos como el transporte, la producción y la descomposición.

Los principales ciclos biogeoquímicos son:

• Ciclo del agua
• Ciclo del oxígeno
• Ciclo del carbono
• Ciclo del nitrógeno
• Ciclo del fósforo
• Ciclo del azufre
• Ciclo del potasio
• Ciclo del calcio

En los ciclos biogeoquímicos intervienen organismos vivos, como animales o plantas (llamados factores bióticos), y componentes físicos y químicos, como el aire, el agua o los elementos del suelo, que no poseen vida (factores abióticos). Estos factores interactúan entre sí para mantener el equilibrio de los ecosistemas.

Gracias a los ciclos biogeoquímicos, muchos elementos y compuestos  químicos pueden ser parte de un organismo vivo en cierto tiempo y luego pasar a ser parte del entorno que lo rodea. Por ejemplo, una molécula de agua puede ser parte del cuerpo de un ser humano ahora y en unas horas puede ser eliminada a través de la orina y pasar a formar parte de un lago.

Tipos de ciclos biogeoquímicos

Los ciclos biogeoquímicos se pueden clasificar según distintos criterios.

Según el medio de transporte utilizado para trasladar los elementos químicos, los ciclos biogeoquímicos pueden ser:

• Gaseosos. Son aquellos ciclos en los que la atmósfera interviene en la circulación de los elementos químicos. Por ejemplo: el ciclo del oxígeno, el nitrógeno y el carbono.
• Sedimentarios. Son aquellos ciclos en los que la sedimentación constituye el medio de transporte de los elementos químicos, es decir, los nutrientes y elementos químicos se acumulan e intercambian en la corteza terrestre. Por ejemplo: el ciclo del fósforo.
• Hidrológicos. Son aquellos ciclos en los que interviene el agua como un medio de transporte para los distintos elementos químicos. Por ejemplo: el ciclo del agua.

Según la extensión de la región donde se mueven los elementos químicos, los ciclos pueden ser:

• Ciclos locales. Son ciclos poco móviles y que ocurren en una región pequeña o local. Estos ciclos se desarrollan principalmente en el suelo. Por ejemplo: el ciclo del fósforo y del calcio.
• Ciclos globales. Son ciclos que ocurren en amplias regiones, que son globales. En estos ciclos interviene la atmósfera. Por ejemplo: el ciclo del oxígeno.

Ciclo del agua

El ciclo del agua o ciclo hidrológico es el proceso de circulación del agua en el planeta Tierra. Este ciclo es fundamental para el transporte de nutrientes y para garantizar los niveles necesarios de humedad para sostener la vida en los ecosistemas.

El ciclo del agua está constituido por distintas etapas:

1. Evaporación. El agua pasa de estado líquido a gaseoso por el aumento de temperatura, y el vapor de agua asciende a la atmósfera, donde es condensado. Ocurre cuando el sol calienta la superficie de ríos, lagos, mares y océanos, cuando transpiran las plantas y cuando sudan los animales.
2. Condensación. El agua en estado gaseoso pasa a estado líquido cuando disminuye la temperatura, y se forman las nubes y la niebla.
3. Precipitación. Las gotas de agua condensadas en las nubes adquieren un peso y un tamaño tal que comienzan a descender hacia la superficie terrestre en forma de lluvia o precipitación.
4. Infiltración. El agua que cae al suelo a través de las precipitaciones penetra en la superficie terrestre y circula como agua subterránea.
5. Escorrentía. El agua que no es infiltrada se desplaza sobre la superficie de la tierra a través de los distintos caudales de agua.

Congelamiento y fusión: En zonas que alcanzan temperaturas inferiores a 0 ºC, el agua se congela (pasa de estado líquido a estado sólido), y puede formar glaciares o caer como nieve o granizo. Cuando el hielo se derrite por el aumento de la temperatura, ocurre el proceso de fusión y pasa al estado líquido.

Más en: Ciclo del agua

Ciclo del oxígeno

El ciclo del oxígeno es el proceso de circulación del oxígeno en el planeta. Este ciclo garantiza que los seres vivos puedan utilizar el oxígeno para obtener energía y realizar sus funciones vitales.

El ciclo del oxígeno está compuesto por varias etapas:

Etapa rápida o biológica

La etapa biológica del ciclo del oxígeno es la que parte de los procesos biológicos de los seres vivos. Incluye los siguientes procesos:

1. Fotosíntesis. Las plantas, algas y el fitoplancton realizan fotosíntesis, que es un proceso mediante el cual utilizan dióxido de carbono, agua y luz solar para obtener energía y sintetizar sus nutrientes. En este proceso estos organismos liberan oxígeno a la atmósfera.
2. Respiración. Los animales utilizan el oxígeno liberado a la atmósfera para realizar la respiración, y en este proceso liberan dióxido de carbono y vapor de agua a la atmósfera, que son compuestos que también contienen oxígeno. Por otro lado, durante la noche las plantas también utilizan oxígeno y liberan dióxido de carbono.

Etapa lenta o geológica

La etapa geológica del ciclo del oxígeno atraviesa los procesos de oxidación de elementos químicos y la descomposición de compuestos químicos. En esta etapa se dan los siguientes procesos:

1. Parte del ciclo hidrológico y procesos atmosféricos. Durante el ciclo hidrológico ocurre la evaporación del agua presente en la superficie de la tierra. Las moléculas de agua en la atmósfera se separan en hidrógeno y oxígeno por acción de la radiación solar.
2. Oxidación. El oxígeno que se encuentra en la atmósfera, hidrósfera y litósfera se puede combinar con minerales y con elementos y compuestos químicos para formar compuestos oxidados que se descomponen y liberan el oxígeno.
3. Descomposición. Cuando un organismo muere, se descompone por la acción de ciertos microorganismos que utilizan oxígeno para realizar su descomposición y a su vez, liberan dióxido de carbono.

Ver además: Ciclo del oxígeno

Ciclo del carbono

El ciclo del carbono es el proceso de circulación del carbono en el planeta Tierra. A pesar de ser un ciclo global, el carbono se combina de manera distinta con otros elementos químicos dependiendo de las regiones en que se encuentre. Es un ciclo muy importante debido a que el carbono forma parte de las moléculas esenciales que forman los seres vivos, como las proteínas, el ADN, el ARN, los carbohidratos y los lípidos.

El ciclo del carbono está compuesto por varias etapas.

Etapa rápida o biológica

La etapa biológica es aquella que se da en los procesos biológicos de los organismos vivos. Contiene los siguientes procesos:

1. Fijación del carbono por las plantas. Las plantas y algunas bacterias fijan el carbono cuando captan el dióxido de carbono (CO₂) de la atmósfera mientras realizan la fotosíntesis.
2. Liberación del carbono a la atmósfera. El CO₂ es liberado a la atmósfera como resultado de la respiración celular en los organismos vivos, de la respiración de las plantas durante la noche y de la descomposición de la materia orgánica que ocurre después de la muerte de los seres vivos.

Etapa lenta o geológica

La etapa geológica es aquella constituida por procesos químicos y físicos, y el intercambio de carbono en las distintas capas terrestres. Contiene los siguientes procesos:

1. Mineralización y sedimentación del carbono. El carbono sedimenta y forma fósiles y combustibles fósiles.
2. Liberación del carbono debido al metamorfismo. El carbono presente en las rocas carbonatadas se libera cuando estas rocas se mueven. Además, se libera carbono como resultado de la erupción de los volcanes.
3. Liberación de CO₂ y metano (CH₄) en las actividades humanas. En muchos procesos industriales, en la minería y en la explotación de combustibles fósiles, se emiten grandes cantidades de carbono a la atmósfera como parte de la liberación de CO₂ y CH₄.

Ver también: Ciclo del carbono

Ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno es el proceso de circulación del nitrógeno en el planeta Tierra. Este ciclo es fundamental para la fertilidad de los suelos y la formación de muchas biomoléculas que son imprescindibles para sostener la vida de los seres vivos.

El ciclo del nitrógeno está compuesto por varias etapas:

1. Fijación. Es el proceso mediante el cual los organismos vivos utilizan el nitrógeno en su metabolismo. En este proceso el nitrógeno atmosférico (N₂) se combina con hidrógeno u oxígeno para ser utilizado por los seres vivos. La fijación puede ocurrir mediante microorganismos o por oxidación del nitrógeno atmosférico.
2. Nitrificación. Es el proceso mediante el cual el amoníaco (NH₃) o el ion amonio (NH₄⁺) se transforman en iones nitritos (NO₂^–) o nitratos (NO₃^–), que son las formas químicas del nitrógeno que pueden asimilar las plantas y animales. Este proceso ocurre por la acción de ciertos microorganismos.
3. Asimilación. Es el proceso mediante el cual las plantas y los animales incorporan el nitrógeno en sus organismos. Luego, cuando mueren, se descomponen y el nitrógeno regresa al medio.
4. Amonificación. Es el proceso mediante el cual el nitrógeno que contienen los seres vivos en sus cuerpos es liberado en forma de amoníaco (NH₃) o ion amonio (NH₄⁺). Esto ocurre cuando los seres vivos mueren o liberan desechos como orina y excrementos.
5. Desnitrificación. Es el proceso mediante el cual algunos organismos (bacterias desnitrificantes) descomponen los iones nitrato y nitrito, liberando nitrógeno gaseoso al medio. Luego, el nitrógeno gaseoso incorporado al suelo y al agua es liberado a la atmósfera.

Ver también: Ciclo del nitrógeno

Ciclo del fósforo

El ciclo del fósforo es el proceso de circulación del fósforo en el planeta Tierra. El fósforo es el nutriente más escaso, y forma parte de muchas biomoléculas esenciales para sostener la vida, como los fosfolípidos, que se encuentran en las membranas de las células.

El ciclo del fósforo está compuesto por varias etapas:

1. Meteorización. Las rocas y los minerales ubicados en la corteza terrestre se descomponen debido a la acción del viento, la lluvia, la temperatura y otros agentes erosivos. En el caso de las rocas y los minerales que contienen fósforo, la meteorización provoca la liberación de fosfatos (PO₄^3-) hacia el suelo.
2. Absorción por las plantas. A través de sus raíces, las plantas incorporan el fósforo presente en el suelo, que se encuentra en forma de fosfatos.
3. Asimilación por los animales. Los animales incorporan el fósforo cuando consumen plantas u otros animales que contienen los iones fosfato.
4. Descomposición y mineralización. Las plantas y animales mueren y otros organismos descomponen sus restos. Durante este proceso, el fósforo que forma parte de las moléculas orgánicas que forman las plantas y animales se libera al suelo y al agua en forma de fosfatos inorgánicos.
5. Sedimentación y formación de rocas. Con el paso del tiempo, los fosfatos inorgánicos se sedimentan en el fondo de lagos, ríos y mares, donde se acumulan y se comprimen hasta formar rocas fosfatadas.
6. Subducción. Cuando una placa tectónica se hunde hacia el interior de la Tierra, el fósforo presente en una placa hundida puede regresar hacia la superficie durante la actividad volcánica.

Ver también: Ciclo del fósforo

Ciclo del azufre

El ciclo del azufre es el proceso de circulación del azufre en el planeta Tierra. El azufre es un elemento que forma parte de algunas proteínas y su deficiencia en el ser humano provoca la degeneración de cartílagos y tendones.

El ciclo del azufre está compuesto por varias etapas.

1. Liberación a la atmósfera. El azufre se libera a la atmósfera en forma de dióxido de azufre (SO₂), que se emite en la erupción de los volcanes y en la actividad industrial que produce el ser humano.
2. Absorción por las plantas. El azufre se encuentra en el suelo o en el agua en forma de iones sulfato (SO₄^2-). Las plantas lo incorporan a través de sus raíces y lo utilizan para realizar sus funciones vitales.
3. Consumo por los animales. El azufre se incorpora a los animales herbívoros cuando comen las plantas que lo contienen, y a los animales carnívoros cuando se alimentan de los herbívoros.
4. Descomposición y liberación al suelo. Cuando las plantas y animales mueren, otros organismos (bacterias y hongos) descomponen sus restos y transforman los sulfuros en sulfatos nuevamente. Así, estos sulfatos son absorbidos otra vez por las plantas.

Más en: Ciclo del azufre

Ciclo del potasio

El ciclo del potasio es el proceso de circulación del potasio en el planeta Tierra. Es un ciclo fundamental, pues el potasio participa activamente en el metabolismo de los seres vivos.

El ciclo del potasio está compuesto por varias etapas:

1. Meteorización. El potasio se encuentra principalmente en las láminas que forman las arcillas y en la estructura de algunas rocas. Cuando ocurre la meteorización de las rocas, se libera el potasio y puede ser absorbido por las plantas.
2. Absorción por las plantas. Las plantas absorben a través de sus raíces los iones potasio (K⁺) disueltos en el agua del suelo.
3. Consumo por los animales. Los animales herbívoros incorporan el potasio porque consumen plantas. Por otra parte, los animales carnívoros se alimentan de los animales herbívoros y así incorporan el potasio a su organismo.
4. Reincorporación al suelo y mineralización. El potasio se reincorpora al suelo cuando mueren plantas y animales, que se descomponen liberando el potasio. También se libera potasio al suelo a través de los excrementos y la orina de los animales.
5. Intervención humana. El ser humano ha modificado el ciclo natural del potasio. Esto ha sucedido debido a la extracción de rocas con abundante potasio y al agregado al suelo de fertilizantes que contienen potasio.

Ciclo del calcio

El ciclo del calcio es el proceso de circulación del calcio en el planeta Tierra. Este ciclo es de gran importancia, pues el calcio forma gran parte de los huesos de los seres humanos y de la estructura de los caparazones de algunos animales.

 El ciclo del calcio está compuesto por varias etapas.

1. Etapa geológica. El calcio se encuentra acumulado en la superficie de la tierra en grandes depósitos de sedimentos. Estos depósitos surgieron de los fondos marinos y por esta razón contienen restos de caparazones de animales marinos ricos en calcio. Algunos agentes atmosféricos, como la lluvia, degradan las rocas de estos depósitos y arrastran el calcio al suelo.
2. Etapa hidrológica. El calcio es arrastrado por la lluvia a los ríos, mares y océanos en forma de cloruro de calcio (CaCl₂) y carbonato de calcio (CaCO₃).
3. Etapa biológica. Las plantas incorporan el calcio cuando absorben agua, mientras que los animales lo incorporan cuando comen plantas o toman agua. Cuando mueren tanto plantas como animales, el calcio regresa al entorno luego de la descomposición de estos organismos muertos.

Importancia de los ciclos biogeoquímicos

Los ciclos biogeoquímicos son los responsables de que los elementos químicos vitales circulen en el planeta entre los organismos vivos y no vivos, de esta manera, estos elementos pueden ser reciclados y reutilizados una y otra vez por todos los ecosistemas.

En este sentido, estos ciclos garantizan que todos los seres vivos tengan acceso a los elementos químicos necesarios para sostener la vida, por ejemplo, los ciclos del calcio y el potasio garantizan que los seres vivos puedan consumir estos elementos que son imprescindibles para el correcto funcionamiento de su metabolismo.

Además, los ciclos biogeoquímicos contribuyen a regular el clima en el planeta, por ejemplo, el ciclo hidrológico regula los niveles de humedad en la atmósfera e influye en las temperaturas.

Sigue con:

• Importancia del ciclo del agua
• Importancia del agua
• Reacción química

Bibliografía

• Esteve, P., & Jaén, M. (2013). “El papel de los ciclos biogeoquímicos en el estudio de los problemas ambientales en Educación Secundaria” Revista de Investigación en la Escuela, 80, 77-88.
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• Páez-Osuna, F. (2014). “Metales y metaloides: origen, movilidad y ciclos biogeoquímicos. Golfo de México. Contaminación e impacto ambiental: diagnóstico y tendencias” UAC, UNAM-ICMyL, CINVESTAV-Unidad Mérida, 505-520.
• Maderey Rascón, L. Elena. (2005) “Principios de Hidrogeografía. Estudio del Ciclo Hidrológico” Universidad Nacional Autónoma de México. Instituto de Geografía. ISBN: 970-32-2812-7