Ciclos Biogeoquímicos
Los ciclos biogeoquímicos son los caminos que recorre la materia al escapar de la biosfera, pasando a través de otros sistemas (atmósfera, hidrosfera, geosfera), antes de regresar a ella. El lugar donde un elemento químico permanece por más tiempo se conoce como almacén o reserva. Las actividades humanas tienden a acelerar los ciclos biogeoquímicos, poniendo en peligro sus mecanismos de autorregulación.
Ciclo del Carbono
Este ciclo es crucial para la regulación del clima de la Tierra y se divide en dos fases:
Ciclo Biológico
La propia biosfera controla los intercambios de CO2 con la atmósfera: mediante la fotosíntesis (que renueva todo el CO2 atmosférico en 20 años), el carbono es retenido en los seres vivos, y mediante la respiración es devuelto a la atmósfera.
Ciclo Biogeoquímico
Controla los intercambios entre la biosfera y los demás subsistemas de la Tierra. El carbono se encuentra en estos subsistemas de las siguientes formas:
- Atmósfera: formando CO2 (370 ppm) y CH4 (1,6 ppm). [CO2]: Incendios forestales, erupciones volcánicas y quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) // [CH4]: Incendios de bosques, suelos inundados (arroz), ganadería intensiva y escapes de yacimientos petrolíferos y vertederos de basura.
- Hidrosfera: como CO2 (la atmósfera e hidrosfera intercambian CO2 por difusión directa).
- Litosfera: formando rocas carbonatadas, silicatos cálcicos o combustibles fósiles.
Paso del CO2 de la Atmósfera a la Litosfera
El CO2 se disuelve en agua para formar ácido carbónico (H2CO3), que ataca a las calizas (CaCO3) y rocas silicatadas (CaSiO3), formando bicarbonato cálcico Ca(HCO3)2, que es soluble.
En el mar, los animales transforman el bicarbonato y los iones calcio en carbonatos que incorporan a su esqueleto, y que posteriormente acabarán en los sedimentos marinos.
- Calizas: como se aprecia en las reacciones, no supone pérdida de CO2 atmosférico, pues la molécula captada es devuelta otra vez a la atmósfera.
CO2 + H2O + CaCO3 -> Ca2+ + 2 HCO3–
2 HCO3– + Ca2+ -> CaCO3 + CO2 + H2O - Rocas Silicatadas: como se han consumido 2 moléculas de CO2 atmosférico y sólo se devuelve una, supone una pérdida neta y actúan como sumidero.
2 CO2 + H2O + CaSiO3 -> Ca2+ + 2 HCO3– + SiO2
2 HCO3– + Ca2+ -> CaCO3 + CO2 + H2O
Retorno del CO2 a la Atmósfera
El enterramiento de algunas rocas carbonatadas produce su fusión y liberación de CO2 que escapa a la atmósfera durante las erupciones volcánicas.
CaCO3 + SiO2 -> CaSiO3 + CO2
Sumideros Fósiles
A veces la materia orgánica de la biosfera puede sufrir fermentaciones que la transformarán en combustibles fósiles, lo que supone una rebaja de sus niveles atmosféricos.
Ciclo del Fósforo
El fósforo se considera un «recurso no renovable», puesto que la mayor parte se encuentra en los sedimentos marinos y su proceso de liberalización es muy lento, ya que depende del ciclo geológico, siendo, por tanto, un «factor limitante». El tiempo de permanencia en los ecosistemas terrestres es de 100 a 10.000 años, mientras que en los acuáticos es tan sólo de 1 a 10 años.
Ciclo del Nitrógeno
La atmósfera actúa como sistema de reserva, pues está formada por un 78% de N2 (gas inerte), además de NH3 (erupciones volcánicas, putrefacción de seres vivos) y (NO y NO2) procedentes de las tormentas eléctricas y de las combustiones a altas temperaturas en los motores de explosión. El papel de los microorganismos en el reciclado del nitrógeno es muy importante, distinguiéndose:
Organismos Fijadores de N2
Ciertas bacterias y hongos son capaces de transformar el N2 atmosférico en nitratos: como las Cianobacterias (forman parte del fitoplancton), Azotobacter (bacteria libre del suelo), Rhizobium (bacteria simbiótica de las raíces de leguminosas) y Frankia (hongo simbiótico del aliso o el árbol del paraíso).
Bacterias Nitrificantes
Son bacterias mineralizadoras (Nitrosomonas y Nitrobacter) que transforman el amoníaco resultante de la putrefacción de los seres vivos en nitratos:
NH3 (Nitrosomonas) -> NO2– (Nitrobacter) -> NO3–
Bacterias Desnitrificantes
Las bacterias del género Pseudomonas en condiciones anaeróbicas (suelo encharcado, pisoteo excesivo…), son capaces de transformar los nitratos en N2, lo que supone un «empobrecimiento» del suelo.
Además del papel desempeñado por los microorganismos, el hombre también interviene activamente en este ciclo:
- Motores de combustión: al reaccionar el O2 y el N2 del aire en los motores, se forma NO2 que reacciona con el vapor de agua de la atmósfera y forma la lluvia ácida.
- Fijación industrial: por el método de Haber-Bosch se convierte el N2 atmosférico en NH3 y fertilizantes.
- Abonado excesivo: produce una acumulación de nitrógeno sin que sea utilizado, que se pierde hacia la atmósfera en forma de N2O, contribuyendo al incremento del efecto invernadero. Además, los nitratos pueden ser arrastrados por las aguas hacia los ríos o las aguas subterráneas, originando eutrofización y problemas para la salud.