Ciclo del calcio: características, etapas e importancia
El ciclo del calcio es la circulación y almacenamiento en la Tierra de este elemento, abarcando a los seres vivos, la litosfera y la hidrosfera. Es un ciclo biogeoquímico sedimentario en el que circula el calcio como metal blando alcalinotérreo, careciendo de etapa gaseosa.
La etapa de mayor circulación del calcio es la biológica, al ser consumido por los seres vivos y empleado en sus estructuras y metabolismo. Una vez muertos los seres vivos, el calcio se reintegra al medio físico formando parte del suelo y del fondo marino.
Hay extensos depósitos de conchas y huesos especialmente en el lecho marino y en los grandes lagos. Estas estructuras se mezclan con los sedimentos y a lo largo de millones de años son cubiertas por sucesivas capas.
Las capas inferiores de sedimentos son sometidas a altas presiones formando rocas sedimentarias que luego son expuestas a la superficie debido a los procesos geológicos terrestres. Las rocas expuestas se ven sometidas a meteorización y erosión, liberando el calcio que se integra al suelo o es arrastrado por el agua.
En el suelo es absorbido principalmente por las raíces de las plantas y en el mar por el fitoplancton y otros organismos. El calcio es empleado para distintos fines estructurales y metabólicos, por ejemplo la fabricación de conchas.
El ciclo del calcio es importante ya que permite que este elemento se encuentre disponible en sus distintas etapas cumpliendo diversas funciones. Así, formar parte de la estructura de los organismos vivos, participa en la formación del relieve terrestre, regula el pH de suelos y aguas y sirve de materia prima para la industria humana.
Índice del artículo
El calcio (Ca) es un metal blando alcalinotérreo de número atómico 20 y masa atómica 40,078, cuyo estado ordinario es sólido. Forma óxidos que actúan como bases fuertes, reaccionando violentamente al entrar en contacto con ácidos.
El calcio cumple un ciclo biogeoquímico de tipo sedimentario, ya que carece de fase gaseosa y las mayores reservas están en la litosfera. Se encuentra muy relacionado con los ciclos de carbono, del agua y del fósforo.
Erosión de las rocas
El ciclo se desarrolla a partir de la meteorización y erosión de rocas calcáreas que liberan el calcio que es depositado en el suelo. Igualmente, puede ser arrastrado disuelto en el agua de escorrentía hasta los ríos, lagos y océanos.
El agua de lluvia al entrar en contacto con el CO2 atmosférico forma H2CO3 que disuelve la roca caliza liberando Ca2+ y HCO3-. Por otra parte, el CO2 arrastrado por el agua de lluvia transforma el carbonato insoluble en bicarbonato soluble.
Absorción y uso por los seres vivos
El calcio (Ca2+) en el suelo es absorbido por las plantas y en los cuerpos de agua por los organismos acuáticos. En el cuerpo el calcio cumple distintas funciones metabólicas y al morir los organismos, vuelve al medio físico arrastrado por el agua de escorrentía hacia ríos, lagos y océanos.
Formación de rocas
Los esqueletos animales (interno y externos o conchas) se depositan en el fondo marino formando parte de los sedimentos. Las capas de sedimentos van siendo cubiertas y compactadas a lo largo de millones de años para formar rocas calcáreas.
Posteriormente los procesos diastróficos (quiebres y movimientos ascendentes de la corteza terrestre), exponen las rocas a la superficie. De esta forma se cierra el ciclo, porque las rocas de nuevo a la intemperización (acción de los elementos climáticos) y son meteorizadas y erosionadas.
Las etapas por las que atraviesa el calcio en su ciclo de almacenamiento y circulación, vienen dadas por los compartimentos en que ocurren estos procesos. Estos son la corteza y parte del manto terrestre (litosfera), los cuerpos de agua (hidrosfera) y los organismos vivos.
En la etapa geológica, compartimentalizada en la corteza y el manto, es donde se encuentra la mayor cantidad de almacenamiento de calcio. El calcio es el quinto elemento más abundante en la litosfera constituyendo el 3,5% de la corteza terrestre.
Se le encuentra formando parte de rocas tales como la caliza, dolomía, margas y mármol mientras que las calizas y dolomitas forman enormes macizos montañosos en todo el planeta. De igual manera, forma parte de otros compuestos naturales como el yeso y el alabastro (sulfato cálcico).
En forma mineral se le obtiene como carbonato de calcio (CaCO3) de la calcita, la dolomita y otras formas cristalinas como el aragonito.
Caliza
Es un tipo de roca sedimentaria muy abundante originada en antiguos depósitos marinos o lacustrinos (lagos), compuesta de carbonato de calcio en un 99%. Estas rocas forman estratos horizontales o deformados por los movimientos diastróficos y su meteorización origina suelos neutros a básicos (pH de 7 o superior), ricos en calcio.
Dolomita
Consiste en una roca sedimentaria formada en depósitos marinos de escasa profundidad por una reacción química de sustitución. En este caso, participa el magnesio en la conformación mineral formando dolomita o carbonato de calcio y magnesio (CaMg(CO3)2).
Margas
Son rocas sedimentarias formadas por 1/3 a 2/3 de carbonato de calcio y el resto de arcillas. Estas rocas perduran en zonas secas, ya que son muy susceptibles a la erosión hídrica.
Mármol
Si las rocas calizas se someten a altas temperaturas y presiones en capas profundas de la corteza terrestre, se forma el mármol. Este es una roca metamórfica muy compacta con un alto grado de cristalización.
El calcio está disuelto en ríos, lagos y océanos como cloruro de calcio (siendo el ion más abundante en este medio) y carbonato de calcio. En los océanos, el carbonato de calcio (CaCO3) es estable a profundidades menores de 4.500 m.
El calcio en este medio se encuentra en los organismos vivos y en depósitos de caliza en el fondo marino. Este es el límite de profundidad de compensación de carbonatos, a partir del cual el CaCO3 se disuelve y no forma depósitos de caliza.
En esta etapa el ciclo del calcio alcanza su mayor circulación, siendo vital para los seres vivos porque como ion Ca2+ forma parte de los mecanismos de intercambio de las membranas celulares. Por otra parte, es constituyente esencial de huesos, dientes, cáscaras de huevos y conchas.
De esta forma el calcio circula en la biosfera y al morir los organismos, vuelve a los sedimentos para formar nuevas rocas con el tiempo.
El ser humano
Un elemento destacado de la etapa biológica del ciclo del calcio, es el papel del ser humano al usar este elemento como materia prima. Este elemento se extrae, transporta y se emplea en grandes cantidades de distintas formas.
En minas a cielo abierto se extrae la roca caliza para emplearla como elemento de construcción o molerla y usarla como materia prima industrial. También las conchas se muelen para preparar fertilizantes y otros productos.
Las conchas de foraminíferos y moluscos
Las conchas de estos animales se forman de carbonato de calcio, cristalizado como calcita o como aragonita. Estas son dos formas minerales de igual composición (CaCO3) pero que cristalizan de forma diferente.
Los moluscos forman sus conchas a partir de una forma líquida de calcio segregada por células especializadas. La capa más interna de la concha es el nácar formado de cristales de aragonita mezclado con la proteína conquiolina.
La circulación del calcio formando su ciclo característico, es fundamental para poner a disposición de los seres vivos este elemento. Gracias a los procesos que liberan al calcio de las rocas y lo hacen circular, existe la vida tal como la conocemos.
El calcio es esencial para la vida, ya que es tanto un elemento estructural como metabólico. Estructuralmente forma parte fundamental en la conformación de los esqueletos tanto internos como externos.
En los animales óseos, el calcio es el principal componente de los huesos (esqueleto interno), también de los dientes. En los foraminíferos (protistas) y moluscos (caracoles y bivalvos) es el ingrediente principal para la formación del esqueleto externo, es decir las conchas.
Metabolismo
El calcio es un agente de transporte en las membranas celulares, por lo que cumple un papel relevante en el metabolismo. En las membranas celulares existen los canales de calcio que permiten la entrada pasiva de este elemento al interior de las células.
Esto regula la relación de concentraciones de calcio entre el interior y el exterior celular activando distintos procesos metabólicos. Por ejemplo, estos mecanismos son fundamentales para el funcionamiento del sistema nervioso y muscular y por tanto cumple un papel relevante en la función cardiaca.
Desde el punto de vista humano, el ciclo del calcio permite poner a disposición de la alimentación y la salud humana este elemento. Sobre todo es esencial en la producción y preparación de alimentos lácteos para niños.
De igual forma su ingestión con fines medicinales se emplea en el tratamiento de enfermedades por deficiencia de calcio como la osteoporosis. Esta enfermedad que debilita los huesos es especialmente grave en personas mayores, sobre todo en el caso de las mujeres.
Cuando un cuerpo extraño invade a la ostra, ésta lo recubre de nácar y así se forma una perla. Las perlas alcanzan altos valores en el mercado de la joyería a nivel mundial.
La piedra caliza es empleada industrialmente para diversos fines, por ejemplo la fabricación de cemento. También estas piedras se usan directamente como material de construcción, debido a su fácil tallado.
Además, el calcio se utiliza como desoxidante y agente reductos en diferentes procesos, especialmente en la industria metalúrgica.
La cal
Como cal viva, también llamada cal de construcción, son óxidos de calcio que se emplean como aglomerante y recubrimiento en la construcción. De igual forma se le emplea en la fabricación de jabón, papel, vidrio, caucho y en el curtido de pieles.
Igualmente, tiene diversos usos en la industria alimentaria y en el tratamiento del agua. Mientras que como cal apagada o hidróxido de calcio, también es utilizada en la industria y la agricultura.
El contenido de óxidos de calcio en el suelo incide en la regulación del pH. En la agricultura se utiliza la cal viva como enmienda agrícola para reducir la acidez de los suelos y también como fertilizante.
El agua al circular en ambientes ricos en calcio y magnesio, disuelve sales de estos elementos y se conoce como agua calcárea o dura. El límite de calidad de agua es de 120 mg de CaCO3/litro, por encima del cual se considera que el agua es dura.
El agua con altos contenidos de calcio puede ocasionar problemas de salud, especialmente relacionados con el sistema cardiovascular. Además, las aguas duras producen depósitos calcáreos en las cañerías que obstruyen la circulación.
En rocas calcáreas frecuentemente la erosión hídrica forma sistemas de cavernas subterráneas con interesantes configuraciones internas. Entre estas destaca la formación de estalactitas y estalagmitas, por las deposiciones de carbonato de calcio de las filtraciones en los techos de dichas cuevas.
Estos sistemas calcáreos también cumplen función de filtrado del agua subterránea por su porosidad, formando los acuíferos.
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