Circulación de materia y energía en la biosfera




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fecha de publicación26.10.2015
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BLOQUE II: LA BIOSFERA

TEMA 4.- CIRCULACIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA EN LA BIOSFERA.
1.- INTRODUCCIÓN. DEFINICIONES BÁSICAS.

Biosfera. Es el sistema formado por todos los seres vivos que habitan en la Tierra. Desde el punto de vista termodinámico es un sistema abierto, pues intercambia materia y energía con el entorno.

Ecosistema. Es el conjunto de factores bióticos (seres vivos, comunidad o biocenosis) más los factores abióticos (componentes físico-químicos) como la luz, la humedad, la temperatura, etc., y las relaciones que se establecen entre ambos.

Ecosfera. Es el conjunto de todos los ecosistemas de la Tierra, es decir, es el gran ecosistema planetario. La Ecosfera se considera un sistema cerrado, pues es abierto para la energía (entra energía solar y sale calor) y cerrado para la materia.



Biomas. Son los diferentes ecosistemas que hay en la Tierra. Cada bioma posee una flora y una fauna características.
2.- RELACIONES TRÓFICAS.

Las relaciones tróficas representan la forma de alimentarse de los seres vivos; la manera de transferirse la materia y la energía. Se representan mediante cadenas tróficas, que unen mediante flechas cada eslabón o nivel trófico.

2.1.- Niveles tróficos.

Según la manera de alimentarse, los seres vivos se clasifican en:

2.1.1.- Productores (1º nivel trófico).

Son los organismos autótrofos, capaces de sintetizar materia orgánica mediante fotosíntesis (fotosintéticos) o quimiosíntesis (quimiosintéticos).

FOTOSÍNTESIS: CO2 + H2O E. solar materia orgánica + O2.

Son fotosintéticas algunas bacterias, las algas y las plantas.

QUIMIOSÍNTESIS:

CO2 (u otras sustancias inorgánicas) + H2O Reacciones de materia orgánica

oxidación de materia inorgánica

Son quimiosintéticas algunas bacterias como las oxidadoras del azufre, que viven junto a volcanes submarinos que emanan H2S, empleada en lugar del CO2.
La materia orgánica es posteriormente utilizada y degradada en el proceso de respiración celular hasta convertirla en energía (mitocondrias) que los animales autótrofos utilizan para sus procesos vitales y desprenden en forma de calor.

Materia orgánica + 02 CO2 + H2O + Energía (una parte queda almacenada en los tejidos y otra parte se libera en forma de calor)
2.1.2.- Consumidores (2º, 3º y 4º niveles tróficos).

Son heterótrofos que utilizan materia orgánica elaborada por los autótrofos de la que extraen la energía mediante respiración celular.

Hay dos tipos:

  • Herbívoros o consumidores primarios. Se alimentan de los productores. (2º nivel)

  • Carnívoros o consumidores secundarios. Se alimentan de los herbívoros. (3º nivel)

  • Carnívoros finales o superdepredadores. Se alimentan de los carnívoros (4º nivel)


2.1.3.- Descomponedores.

Son organismos que degradan la materia orgánica transformándola en sales minerales (materia inorgánica) para que los productores puedan asimilarla de nuevo. Son heterótrofos y dentro de ellos existen dos grupos:

  • Transformadores. Organismos saprófitos (bacterias y hongos) del suelo que transforman la materia orgánica en moléculas sencillas tanto orgánicas como inorgánicas.

  • Mineralizadores “quimiosintéticos”. Son algunas bacterias que por un lado elaboran materia orgánica, y por otro liberan sales minerales que fertilizan el suelo.



2.2.- Cadenas y redes tróficas.

Las cadenas tróficas son las representaciones de las relaciones tróficas. Son unidireccionales y su sentido (dirección de la flecha) es el de la transferencia del alimento.



Ej.- roble  ratones  mochuelos  águilas.

Hojas  lombrices  pájaros  culebras.

Fitoplancton  zooplancton  peces pequeños  peces más grandes.

Las cadenas terrestres suelen tener sólo tres eslabones, mientras que las cadenas marinas suelen tener más de tres.

Cuando se interconectan varias cadenas se forman redes tróficas. En ellas entran los omnívoros, que se alimentan de más de un nivel trófico; los carroñeros o necrófagos (buitres, chacales) que se alimentan de cadáveres, y los saprofitos o detritívoros (lombriz de tierra, cangrejos), que consumen todo tipo de detritos o restos orgánicos.


3.- CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA.

3.1.- Reciclado de la materia.

La materia orgánica que cae al suelo procedente de los distintos niveles tróficos es degradada y transformada en materia inorgánica (C, H, O, N, S, P, etc.) por los organismos descomponedores. Esta materia inorgánica, en forma de sales minerales, vuelve a ser utilizada por los productores para elaborar materia orgánica. Así, la materia se recicla constantemente y no se pierde.

Decimos que el ciclo de la materia “tiende” a ser cerrado, porque aunque la mayoría se reutilice, con frecuencia existen nutrientes que “escapan” de la biosfera, ya sea por gasificación hacia la atmósfera, por lixiviado o disolución y arrastre en el agua, o por transformación en combustibles fósiles si quedan encerrados en condiciones anaerobias durante mucho tiempo.

3.2.- Flujo de la energía.

La energía solar que entra en la cadena trófica mediante la fotosíntesis se transforma en energía química contenida en la materia orgánica, forma en la que pasa de unos eslabones a otros mediante el alimento.

La energía que pasa de uno a otro nivel no constituye un ciclo cerrado, sino que se trata de un flujo abierto y su sentido de transferencia es unidireccional. Este flujo va disminuyendo desde los productores hasta los últimos niveles tróficos, pues hay gastos por respiración y por desprendimientos de calor tras ser utilizada para realizar las funciones vitales. Como resultado de esta disminución de energía, el número de eslabones de la cadena trófica suele ser bastante reducido (5 como máximo).
4.- PARÁMETROS TRÓFICOS.

Son las medidas utilizadas para evaluar la rentabilidad de cada nivel trófico o del ecosistema completo.

4.1.- Biomasa (B).

Es la cantidad de peso de la materia orgánica viva o muerta de cualquier nivel trófico o de cualquier ecosistema.

Para valorarla hay que hacer referencia a su cantidad por unidad de volumen o área, por lo que se suele expresar en estas unidades: g C/cm2, kg C/m2, t C/ha, etc., siendo “C” = materia orgánica.

1 gramo de materia orgánica contiene alrededor de 4 kcal de energía.

4.2.- Producción (P).

Es la cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico, por unidad de área y tiempo. Se mide en g C/cm2 / día; Kcal /ha /año; también se puede calcular en julios o en vatios (J/s, V/s), pues 1 cal = 4,9 Julios, y 1 Julio = 0,24 cal.

La producción puede ser:

a) Primaria, que es la energía fijada por los organismos autótrofos.

b) Secundaria, que es la correspondiente a los restantes niveles tróficos.

Las producciones pueden ser, a su vez, brutas y netas.

  • Producción bruta. Cantidad de energía fijada por unidad de tiempo. Se expresa como aumento de la biomasa /tiempo. Si nos referimos a los productores (Producción Primaria Bruta, PPB), representa el total fotosintetizado por día o por año. Si se trata de los consumidores, corresponderá a la cantidad de alimento asimilado del total ingerido.

  • Producción neta. Cantidad de energía almacenada en cada nivel por cada unidad de tiempo. Representa el aumento de la biomasa por unidad de tiempo, y se obtiene restando de la producción bruta la energía consumida en la respiración.


Pn = Pb - R


Según la “regla del 10%”, “la energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10% de la acumulada en él”. Como la energía se va perdiendo, ésta es la razón por la cual el nº de eslabones es muy limitado.


Productores

Actividades, calor



E. respiración

Sol


E. almacenada como biomasa



Energía no empleada: Desechos, excrementos
10%


Herbívoros

Actividades, calor
E. respiración



E. almacenada como biomasa




10%


Carnívoros

Actividades, calor

Energía no empleada: desechos, excrementos
E. respiración



E. almacenada como biomasa

4.3.- Productividad.

Es la relación que existe entre la producción neta (energía almacenada) y la biomasa (materia orgánica total). Valora la riqueza de un nivel trófico o del ecosistema. Permite comparar las producciones o averiguar la velocidad con que se renueva la biomasa, por lo que también se le llama tasa de renovación.


Productividad = Pn / B


4.4.- Tiempo de renovación.

Es el tiempo que tarda en renovarse la biomasa de un nivel trófico. Se puede medir en días, en años, etc. Se calcula con la inversa de la productividad.


Tiempo renovación = B / Pn


4.5.- Eficiencia.

Representa el rendimiento de un nivel trófico o de un ecosistema. Se calcula mediante el cociente salidas/entradas (producto obtenido/recurso empleado).

Se valora desde distintos puntos de vista:

  • La eficiencia de los productores se calcula mediante la relación energía asimilada (por fotosíntesis) /energía incidente.

  • Mediante el cociente Pn/Pb = energía incorporada en cada nivel trófico/energía total asimilada. Esto nos da información de la energía que se pierde en la respiración. El nivel más eficiente es el que pierde menos energía en la respiración.

  • En los consumidores, para calcular la eficiencia se aplica la relación Pn /alimento total ingerido (en ganadería es engorde /alimento ingerido).

La eficiencia ecológica es la fracción de la producción neta de un nivel trófico que se convierte en producción neta en el siguiente nivel, es decir:


(Pn/Pn del nivel anterior) · 100


Por último, se puede valorar la eficiencia en función del mayor aprovechamiento energético a partir de la radiación solar incidente. Desde este punto de vista, es más eficiente una alimentación a partir del 1º nivel, ya que se aprovecha más la energía y se podrá alimentar a mayor nº de individuos. Ej.- en el hombre es más eficiente una alimentación herbívora, pues se desperdicia menor energía cuanto más cerca se esté del principio de la cadena. Sin embargo es necesario añadir proteínas a la dieta.
5.- PIRÁMIDES ECOLÓGICAS.

Representan gráficamente las cadenas tróficas y la pérdida de energía alrededor del 10% que se produce en cada eslabón. Estas gráficas consisten en una serie de barras horizontales de altura constante y longitud proporcional al parámetro medido, en forma de pirámide. En estas gráficas no figuran los descomponedores.

Los parámetros que representan son: biomasa, energía acumulada o nº de individuos.
5.1.- Pirámides de energía.

Representa la energía de cada nivel trófico. Siguen la regla del 10%, por lo que tienen forma de verdadera pirámide. La unidad básica de medida es el Kilojulio/m2/año.



5.2.- Pirámides de biomasa.

Representa la biomasa acumulada en cada nivel. Pueden representar una pirámide real, en la que la biomasa decrece alrededor de un 10%, o puede haberlas invertidas, en las que un eslabón superior es mayor que uno inferior.

5.3.- Pirámides de números.

Se realizan contando los individuos que constituyen cada uno de los niveles. Pueden ser engañosas si se presentan invertidas.
6.- FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA.

La producción primaria es la energía fijada por los productores que forman la base de las cadenas tróficas.

Una de las mayores preocupaciones es cómo conseguir las mejoras agrarias para producir más cantidad de alimentos, es decir, un aumento de la producción primaria por vía fotosintética. Para ello hay que controlar los factores que la limitan o reducen.

La “Ley del mínimo” dice que el crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante. Esto quiere decir que si todos los factores (luz, Tª, humedad) y elementos (P, N, Ca, K, etc.) están en las cantidades necesarias, excepto uno de ellos, éste será el factor limitante.

Los factores limitantes de la producción primaria son: humedad, temperatura, falta de nutrientes, energías externas y disposición de los pigmentos fotosintéticos.

6.1.- Temperatura y humedad.

Estos dos factores limitan la producción primaria en los continentes, aumentando la eficiencia fotosintética al aumentar ambos parámetros. Pero si la Tª aumenta mucho, la producción primaria decrece bruscamente debido a la desnaturalización de las enzimas fotosintéticas, como la rubisco.

La rubisco actúa de manera distinta dependiendo de la concentración de CO2 y O2.

Si el CO2 está a una concentración de 0,03% y el O2 al 21%, se realiza la fotosíntesis con normalidad, consumiendo CO2, produciéndose glucosa y desprendiéndose O2.

Sin embargo, si la concentración de CO2 desciende por debajo del 0,03%, se ralentiza la fotosíntesis porque se produce un proceso semejante a la respiración llamado fotorrespiración, que ocurre simultáneamente a la fotosíntesis. En la fotorrespiración no se produce glucosa, tan sólo se consume O2 y se desprende CO2. Este proceso provoca una reducción en la eficiencia fotosintética entre el 30-50%.



Según tengan lugar uno o ambos procesos, las plantas terrestres se clasifican en dos grupos: plantas C3 y plantas C4, según los átomos de carbono que contenga el primer producto fotosintetizado.

La ruta seguida por cada una de esas plantas supone una adaptación a las condiciones de humedad y a la eficiencia en el uso del agua.

6.1.1.- Plantas C3.

Estas plantas (trigo, cebada, soja, arroz, tomate, algodón, judías, etc.) pierden agua en grandes cantidades por sus estomas. Esto no les supone un problema cuando hay humedad en el ambiente, pero en situaciones de sequía, cierran los estomas para no perder tanta agua, por lo que al realizar la fotosíntesis desciende en su interior el CO2 y aumenta el O2. En esas condiciones da comienzo el proceso de fotorrespiración, reduciéndose la eficiencia fotosintética, y con ello, la producción.

6.1.2.- Plantas C4.

Estas plantas (maíz, caña de azúcar, sorgo, mijo, etc.), aunque el CO2 sea escaso, cuentan con un mecanismo de bombeo por el que son capaces de incorporarlo en grandes cantidades procedentes de la atmósfera, acumulándolo en el interior de las hojas, evitando el proceso de fotorrespiración. Debido a ello, su producción de materia orgánica es mucho mayor y desde el punto de vista agrario, estas plantas poseen un mayor interés.

Las plantas C4 que viven en los desiertos, por ejemplo, los cactus, fijan el CO2 por la noche, y durante el día cierran estomas y realizan la fotosíntesis a partir del CO2 que han almacenado.

Si la temperatura es muy baja durante una época del año, existen mecanismos adaptativos, predominancia de plantas herbáceas anuales y de plantas que desarrollan estructuras hibernantes (bulbos, rizomas, tubérculos), y aparecen fotoperíodos o determinadas épocas de desarrollo de hojas y flores.
6.2.- La falta de nutrientes.

El CO2 no es un factor limitante, pues existe en todos los medios. Se ha observado que un aumento de la concentración de CO2 aumenta el rendimiento fotosintético, pero no mucho, pues se necesitan otros nutrientes.

El P es el factor limitante más importante.

El N es el 2º factor limitante más importante. Cuando falta existen organismos que lo incorporan de la atmósfera.

6.3.- Energías externas.

Los productores construyen materia orgánica empleando la energía interna (energía procedente del Sol) y tomando nutrientes inorgánicos formados por los descomponedores a partir de materia orgánica muerta. Los productores a veces están muy separados de los descomponedores, y para que se realice el reciclaje continuo de nutrientes se necesitan energías externas, de apoyo o auxiliares que comuniquen ambos niveles tróficos.

Estas energías son de procedencia solar y necesarias para la producción primaria: mueven el ciclo del agua, originan los vientos y los desplazamientos de agua, condicionan las variaciones de temperatura, mueven los nutrientes de unos sistemas a otros, etc.

Ej.- en los océanos la fotosíntesis se realiza en los primeros 200 metros de profundidad, mientras que la descomposición de la materia orgánica ocurre en los fondos marinos, donde se hallan los descomponedores. La enorme distancia dificulta el retorno y limita la producción primaria. En ciertas zonas, las corrientes generadas por los aportes de energía externa favorecen afloramientos en los que el agua del fondo, llena de nutrientes inorgánicos, asciende a la superficie, pudiendo ser aprovechados por los productores.

Las plataformas costeras son zonas de elevada productividad, porque el oleaje agita los fondos y además los ríos arrastran nutrientes. También son productivas las zonas a las que llegan nutrientes arrastrados por corrientes superficiales marinas.

En los ecosistemas terrestres se gastan menos energías externas para el reciclaje de nutrientes, pues las distancias entre las zonas de productores y descomponedores son menores que en los océanos. Ej.- árboles-suelo, hierbas-suelo.

También son energías de apoyo o auxiliares las que aporta el hombre en las explotaciones agrarias para luchar contra los factores limitantes e incrementar sus cosechas o su producción ganadera: uso de maquinaria para labrar la tierra, sistemas de riego, instalación de invernaderos contra las bajas Tªs, usos de plaguicidas, abonos químicos, semillas seleccionadas, etc.

Todas esas energías implican, directa o indirectamente, el consumo de combustibles fósiles.

6.4.- La luz y la disposición de las unidades fotosintéticas.

Salvo en las profundidades oceánicas, no es muy corriente que la luz limite la producción primaria. Sin embargo, la estructura del aparato fotosintético de los cloroplastos constituye un factor limitante.

La luz incide sobre los sistemas de captación (fotosistemas) presentes en los cloroplastos, y estos pueden hacerse sobra unos a otros.

Por otro lado, cada fotosistema posee varios centenares de unidades de captación que captan la luz y sólo un centro de reacción que transforma la energía luminosa en energía química.

La luz aumenta la fotosíntesis hasta un límite; cuando hay mucha luz se produce una saturación debida a que el centro de reacción se satura y actúa a modo de embudo, de manera que el sistema fotosintético responde mejor a pequeñas intensidades de luz (amanecer y atardecer), mientras que las horas centrales del día producen saturación del mismo.


7.- LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS.

Son los caminos que recorre la materia (los distintos elementos químicos), que pasan por la Biosfera (los distintos niveles tróficos) hacia la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera, para volver de nuevo a la Biosfera.

El tiempo de permanencia de los elementos en los distintos sistemas es muy variable, denominándose almacén o reserva a aquel lugar donde dicha permanencia es máxima.

En los ciclos biogeoquímicos se hallan implicados muchos procesos, como el ciclo del agua, el ciclo geológico o de las rocas, la fotosíntesis, la respiración, etc.

Como son ciclos de materia, tienden a ser cerrados, pero las actividades humanas provocan la apertura y la aceleración de estos ciclos, dificultando la sostenibilidad precisa para que funcionen los ecosistemas.

7.1.- El ciclo del carbono.

Es un ciclo muy importante para la regulación del clima en la Tierra. Se divide en dos fases:

  1. Ciclo biológico, en el que los intercambios se realizan entre el CO2 atmosférico y la biosfera. Mediante la fotosíntesis, el carbono es retenido en la biosfera y mediante la respiración es devuelto a la atmósfera. La fotosíntesis moviliza cada año el 5% del CO2 atmosférico, lo que significa que en 20 años lo renueva por completo.

  2. Ciclo biogeoquímico, en el que el CO2 pasa de la atmósfera a la hidrosfera y a la litosfera, lugares desde donde es devuelto de nuevo a la atmósfera.

Atmósfera e hidrosfera intercambian CO2 por difusión directa. En la litosfera se halla formando rocas carbonatadas, silicatos cálcicos o en forma de combustibles fósiles.

Paso del CO2 de la atmósfera a la litosfera. El CO2 atmosférico se disuelve en agua, formando ácido carbónico, que ataca a los carbonatos y silicatos, con la consiguiente producción de iones (bicarbonato y calcio) y sílice disuelta según estas reacciones:

En rocas carbonatadas: CO2 + H2O + CaCO3 Ca2+ + HCO3-

En rocas silíceas: 2 CO2 + H2O + CaSiO3 Ca2+ + 2 HCO3- + SiO2

Al llegar al mar, los animales transforman de nuevo el bicarbonato y los iones de calcio en carbonato para incorporarlo a sus tejidos endurecidos:

Ca2+ + 2 HCO3-  CaCO3 + CO2 + H2O

En las rocas carbonatadas, uno de los bicarbonatos formará parte del esqueleto cálcico de los organismos marinos, acabando en los sedimentos tras su muerte. El otro bicarbonato se transformará en CO2, que escapará hacia la atmósfera.

Las rocas silíceas, que requieren dos moléculas de CO2 para formar dos bicarbonatos, sólo devuelven a la atmósfera una de ellas, actuando como sumideros de CO2.

Retorno de CO2 de la litosfera a la atmósfera. Cuando las rocas carbonatadas sufren enterramientos, por efecto de la presión y la temperatura dichas rocas pueden experimentar una fusión parcial, con lo cual el CO2 que contienen queda libre, escapando hacia la atmósfera durante las erupciones volcánicas.

CaCO3 + SiO2  CaSiO3 + CO2

Sumideros fósiles. A veces la materia orgánica de la biosfera puede quedar sepultada, manteniéndose fuera del contacto con el O2, por lo que sufrirá procesos de fermentación que la transformará en carbón o petróleo, que pasan a formar parte de la geosfera. Este almacenamiento de CO2 en forma de combustibles fósiles supone una rebaja en sus niveles atmosféricos.




7.2.- El ciclo del fósforo.

El fósforo se encuentra mayoritariamente inmovilizado en los sedimentos oceánicos, formando parte de la litosfera. Su proceso de liberación está asociado al ciclo geológico, por lo que es muy lento; este es el motivo de que el fósforo sea un factor limitante de la producción primaria y un recurso no renovable.

El fósforo es importante porque forma parte de las biomoléculas (ácidos nucleicos) y de los caparazones y esqueletos de animales.

Los iones PO43- son liberados de las rocas fosfatadas y de las cenizas volcánicas y transportados en su forma insoluble por las aguas continentales. Muchos quedarán en el suelo y serán incorporados por los productores, pasando por los distintos niveles tróficos.

El resto llegará hasta los lagos o el mar, donde precipitarán para formar las rocas fosfatadas. Los restos de animales y plantas muertos también son arrastrados por lavado al mar, sumándose ese porcentaje de fósforo.

Hay que señalar que una parte de los iones fosfato se recuperan para los ecosistemas terrestres a partir del guano, materia resultante de la acumulación de excrementos y cadáveres de aves marinas, empleado como abono.

La permanencia del fósforo en los ecosistemas terrestres (de 100 a 10.000 años) es mucho mayor que en los ecosistemas marinos (de 1 a 10 años).



7.3.- El ciclo del nitrógeno.

El nitrógeno es un elemento químico esencial para los organismos vivos; forma parte de los aminoácidos, de las proteínas y de las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.

Es un elemento muy abundante en la atmósfera (78%), siendo entonces ésta su mayor reserva. Aunque gracias a esta abundancia el nitrógeno no presenta problemas de suministro, los seres vivos no pueden absorberlo en la forma molecular en que se halla en la atmósfera (N2), por lo que debe ser transformado en iones absorbibles por éstos.

La transformación del nitrógeno molecular (N2) en los iones puede hacerse de dos maneras: una abiótica, sin la intervención de los seres vivos, y otra biótica, con ayuda de microorganismos, algunos de vida libre y otros simbióticos.

En general, el ciclo del nitrógeno en la Naturaleza consta de 4 procesos:

  1. Fijación. Se hace desde diferentes fuentes: la inorgánica (desde la fracción atmosférica de nitrógeno o desde los nitratos, los nitritos o el amoníaco) y la orgánica (desde las proteínas, la urea o los ácidos nucleicos de los seres vivos). Una parte del nitrógeno atmosférico se fija con el oxígeno en forma de óxidos, mediante reacciones fotoquímicas y gracias a la energía aportada por las descargas eléctricas de las tormentas. Las precipitaciones arrastran ese nitrógeno al suelo en forma de amoníaco (NH3).

Sin embargo, la mayor fijación del N2 tiene lugar mediante procesos biológicos realizados por microorganismos, unos de vida libre y otros simbióticos; en el primer caso, se pueden citar algunas cianobacterias, bacterias aerobias como Azotobacter y anaerobias como Clostridium. Todas toman el N2 del aire y lo fijan para formar sus aminoácidos. El compuesto esencial en este proceso es el amoníaco (NH3). En el segundo caso, se puede citar a Rhizobium, microorganismo que suele asociarse simbióticamente formando nódulos en los pelos radicales de especies como los tréboles, guisantes o judías.

  1. Amonificación. Es un proceso de transformación del nitrógeno de moléculas orgánicas en amoníaco (NH3). Las proteínas y los ácidos nucleicos, por ejemplo, se degradan por hidrólisis en sus aminoácidos y bases nitrogenadas, y por desaminación dan lugar al NH3. En otras ocasiones, las bacterias anaerobias, como Clostridium, liberan el nitrógeno de los aminoácidos en forma de aminas, que posteriormente son oxidadas por otras bacterias para obtener NH3.

  2. Nitrificación. El NH3 puede ser absorbido directamente por los microorganismos y las plantas o ser transformado en nitratos por acción de bacterias nitrificantes. En ese proceso intervienen las bacterias nitrosantes, que oxidan el NH3 a nitritos (NO2-), y las nitrificantes, que oxidan los nitritos a nitratos (NO3-). Los nitratos formados con los cationes del suelo (Na+ y K+), una vez disueltos en el agua, son absorbidos directamente por las plantas.

  3. Desnitrificación. Es la degradación de los nitratos a nitritos y, de estos, a NH3 y N2 gracias a la capacidad que tienen ciertas bacterias anaerobias de utilizar nitratos en la respiración en lugar de oxígeno. Este proceso da lugar a un empobrecimiento en nitrógeno del suelo, pues sale del ecosistema terrestre y pasa a la atmósfera.

La industria y el transporte, a través de la quema de combustibles fósiles, incrementan la concentración de los derivados del nitrógeno en combinación con el oxígeno y la presencia de los iones correspondientes. En estas condiciones es previsible que las asociaciones simbióticas encargadas de la fijación del nitrógeno, la amonificación y la nitrificación no tengan razón de ser, y se incrementen los procesos de desnitrificación que, como se ha contado anteriormente, favorecen la degradación de los nitratos a nitritos y de éstos a NH3 y a N2.


7.4.- El ciclo del azufre.

Este elemento se encuentra mayoritariamente almacenado en la hidrosfera en forma de sulfato (SO42-). El ciclo de transferencia tierra-océano es muy lento.

Los sulfatos, en general, son abundantes en los suelos, pues aunque se pierdan por lixiviado, son repuestos por la lluvia de forma natural.

Las plantas, bacterias y hongos son capaces de incorporarlos directamente en forma de SO42- para reducirlos primero a SO3 y luego a H2S, utilizable en la fotosíntesis.

Los seres vivos, al morir, liberan H2S a la atmósfera y a otros sistemas.

Durante la evaporación de lagos y mares poco profundos, el SO42- se deposita formando yesos y otras rocas evaporitas. En los océanos profundos y lugares pantanosos, en ausencia de O2, el sulfato es reducido a H2S gracias a la actuación de bacterias sulfatorreductoras. Este H2S puede seguir dos caminos:

  1. Uno descendente, combinándose con Fe y precipitando en forma de piritas. Este sulfuro será liberado a la atmósfera por erupciones volcánicas o mediante quema de combustibles fósiles.

  2. Otro ascendente, hasta alcanzar lugares oxigenados, donde se oxida de nuevo a SO42- mediante procesos foto o quimiosintéticos.


El paso de H2S del océano a la atmósfera lo llevan a cabo unas algas especiales llamadas DMS. Al morir dichas algas, el dimetilsulfuro que contienen se disipa hacia la atmósfera, donde reacciona para formar ácido sulfúrico, que se concentrará junto con el vapor de agua atmosférico y caerá a la tierra en forma de lluvias, devolviendo el azufre al mar. Así se cierra el ciclo.




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