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Ciclos biogeoquímicos

Te explicamos qué son los ciclos biogeoquímicos o ciclos de la materia y qué tipos existen. El ciclo del carbono, del fósforo y del nitrógeno.

¿Qué son los ciclos biogeoquímicos?

Se conoce como ciclos biogeoquímicos o ciclos de la materia a los circuitos de intercambio de elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente que los rodea, mediante una serie de procesos de transporte, producción y descomposición. Su nombre proviene de los prefijos griegos bio, “vida”, y geo, “tierra”.

En los ciclos biogeoquímicos intervienen tanto las distintas formas de vida (vegetal, animal, microscópica, etc.), como elementos y compuestos naturales inorgánicos (lluvias, vientos, etc.). Se trata de un perpetuo desplazamiento de materia de un lugar a otro, que permite el reciclaje de los nutrientes disponibles en la biósfera.

Por “nutrientes” nos referimos a todos aquellos elementos o moléculas cuya presencia en el organismo de un ser viviente es indispensable para la continuidad de su existencia y la reproducción de su especie. Los nutrientes suelen estar compuestos por aproximadamente 31 y 40 elementos químicos diferentes y, dependiendo de la especie, tanto los nutrientes como los elementos que los componen, se necesitan en distintas proporciones. Estos nutrientes pueden ser de diferentes tipos:

  • Macronutrientes. Su presencia en el cuerpo en sus distintos compuestos constituye alrededor del 95 % de la masa de todos los organismos vivientes. Están compuestos por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, azufre, calcio, sodio, cloruro, potasio y fósforo. Son los nutrientes que en mayor cantidad se encuentran en el organismo de cualquier ser viviente.
  • Micronutrientes. Su presencia en el cuerpo de los seres vivos es indispensable, pero minoritaria. Están compuestos por hierro, cobre, zinc, yodo y la vitamina A.
  • Energéticos. Son aquellos que el organismo de los seres vivos utiliza para obtener la energía necesaria para llevar a cabo las funciones vitales. Por ejemplo, los aminoácidos y las grasas.
  • Estructurales. Son aquellos que forman la estructura del organismo de los seres vivos y permiten su crecimiento. Por ejemplo, las proteínas, el fósforo, el calcio y algunos lípidos.
  • Reguladores. Controlan la evolución de muchas reacciones que ocurren en el organismo. Los principales son las vitaminas, el sodio y el potasio.
  • No esenciales. Pueden ser sintetizados por el organismo de los seres vivientes. No son totalmente vitales para el funcionamiento del cuerpo.
  • Esenciales. No pueden ser sintetizados por el organismo de los seres vivos, por lo que inevitablemente tienen que ser extraídos del medio ambiente. Por ejemplo, aminoácidos esenciales y ácidos grasos.

Los ciclos biogeoquímicos varían según las propiedades del elemento involucrado y, por lo tanto, involucran a distintas formas de vida también.

Ver además: Biomoléculas

Tipos de ciclos biogeoquímicos

Existen varios tipos de ciclos biogeoquímicos:

  • Hidrológicos. Aquellos en los que interviene el ciclo del agua o ciclo hidrológico, que sirve de agente de transporte para los elementos de un lugar a otro. El propio ciclo del agua puede ser incluido en esta categoría.
  • Gaseosos. Aquellos en los que interviene la atmósfera para el transporte de los elementos químicos del ciclo, como el ciclo del nitrógeno, el oxígeno y el carbono.
  • Sedimentarios. Aquellos en los que el transporte del elemento químico se da por sedimentación, o sea, por su lenta acumulación e intercambio en la corteza terrestre, como el ciclo del fósforo.

Importancia de los ciclos biogeoquímicos

Los ciclos biogeoquímicos son los responsables de que los elementos químicos vitales sean reciclados, pues de otro modo se agotarían debido a lo que la vida sobre el planeta sería imposible.

En ese sentido, los ciclos biogeoquímicos son los distintos mecanismos de los que la naturaleza dispone para hacer circular la materia de unos seres vivos a otros, permitiendo así que un cierto margen esté disponible siempre.

Ninguno de los nutrientes que un ser vivo requiere estará en su interior para siempre. Todos deberán ser devueltos al medio ambiente para que puedan ser reutilizados por otros.

Ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno es uno de los principales ciclos biogeoquímicos, en que los microorganismos procariotas (bacterias) y las plantas fijan en sus cuerpos el nitrógeno, uno de los gases mayoritarios de la atmósfera. Resulta indispensable para diversos compuestos del cuerpo de los animales, incluido el ser humano.

El ciclo puede resumirse de la siguiente forma:

  • Ciertas bacterias fijan en sus cuerpos el nitrógeno gaseoso (N2) de la atmósfera, formando con él moléculas orgánicas aprovechables por las plantas, como el amoníaco (NH3).
  • Las plantas aprovechan esas moléculas nitrogenadas y las transmiten a través de sus tejidos a los animales herbívoros y estos a través de sus tejidos a los animales carnívoros y estos a sus depredadores, a lo largo de la cadena trófica.
  • Eventualmente, los seres vivos retornan al suelo el nitrógeno, ya sea mediante la orina (rica en amoníaco), o cuando mueren y son descompuestos por bacterias, que fijan las moléculas ricas en nitrógeno, liberando a la atmósfera nuevamente el nitrógeno en estado gaseoso.

Sigue en: Ciclo del nitrógeno

Ciclo del carbono

El ciclo del carbono es el más importante y complejo de los ciclos biogeoquímicos, dado que toda la vida conocida se compone sin excepción de compuestos derivados de ese elemento. Además, este ciclo involucra los principales procesos metabólicos de plantas y animales: la fotosíntesis y la respiración.

El ciclo puede resumirse así:

  • La atmósfera está compuesta por un importante volumen de dióxido de carbono (CO2). Las plantas y algas lo captan y convierten en azúcares (glucosa) mediante la fotosíntesis, empleando para ello la energía solar. Así obtienen energía y pueden crecer. A cambio liberan oxígeno (O2) a la atmósfera.
  • Además de obtener el oxígeno durante sus procesos de respiración, los animales acceden al carbono de los tejidos de las plantas, para a su vez poder crecer y reproducirse. Tanto animales como plantas, al morir brindan al suelo el carbono de sus cuerpos que, a través de procesos sedimentarios (especialmente en el fondo oceánico, donde el carbono además se halla disuelto en las aguas), se convierte en diversos fósiles y minerales.
  • El carbono en su estado fósil o mineral puede durar millones de años bajo la corteza terrestre, sufriendo transformaciones que arrojan materia tan distinta como el carbón mineral, el petróleo o los diamantes. Dicha materia resurgirá gracias a la erosión, las erupciones y, especialmente, la mano de obra humana: la explotación de combustibles fósiles, la extracción de cemento y demás industrias que arrojan a la atmósfera toneladas de CO2 tanto al océano como a la tierra, además de otros desechos líquidos y sólidos ricos en carbono.
  • Por otro lado, los animales están constantemente liberando CO2 al respirar. Otros procesos energéticos como la fermentación o la descomposición de la materia orgánica generan CO2 o generan otros gases ricos en carbono, como el metano (CH4) que van también a la atmósfera.

Más en: Ciclo del carbono

Ciclo del fósforo

El ciclo del fósforo es el último y más complejo de los ciclos biogeoquímicos principales, ya que el fósforo es un elemento abundante en la corteza terrestre, en forma mineral, pero que los seres vivos requerimos esencialmente, aunque en cantidades moderadas. El fósforo forma parte de compuestos tan vitales como el ADN y el ARN, y su ciclo puede resumirse así:

  • El fósforo proviene de minerales terrestres, que por acción de la erosión (solar, del viento, hídrica) son liberados y transportados hasta diversos ecosistemas. La acción minera humana puede contribuir con esta etapa también, aunque no necesariamente de una manera ambiental positiva.
  • Las rocas ricas en fósforo brindan nutrientes a las plantas, que fijan el fósforo en sus tejidos y, de nuevo, lo transmiten a las demás formas de vida animal a través de la cadena trófica. A su vez, los animales retornan los excedentes de fósforo al suelo mediante defecaciones y la descomposición de sus cadáveres, manteniendo el fósforo en un ciclo dentro del ciclo entre los seres vivos.
  • Sin embargo, el fósforo también llega al mar, donde las algas lo fijan y lo transmiten a los animales. En este caso el elemento se deposita lentamente en el lecho marino, donde diversos procesos sedimentarios lo harán retornar a las rocas que, más adelante, en un lentísimo y larguísimo proceso geológico, quedarán expuestas y volverán a brindar fósforo a la biósfera.

Referencias