Ciclos Biogeoquímicos - Unidad II.B

Al seguir considerando la teoría de sistemas revisada en temas anteriores podemos mencionar que un sistema tiene componentes dentro de el que están conectados y engranados de tal forma que permiten su existencia y reacción frente a los factores externos que siempre los afectan.

Uno de esos componentes puede constituir un punto de partida (Pp) que puede llevar materia y/o energía a un punto final (Pf)

Pp ....................Pf

Si luego de que el sistema llega a su estado "punto final" ocurren cambios que lo vuelven a llevar al punto de partida, y este cambio ocurriese de manera periódica, estaríamos hablando de un ciclo.

Pp....................Pf.................Pp

De manera formal, un ciclo es la repetición de cualquier fenómeno de manera  periódica que luego de transcurrido cierta porción de tiempo el estado del sistema o sus magnitudes en cuanto a materia/energía vuelven a la configuración o punto de partida.

Fig. 1 En los ciclos, todo vuelve a su punto de inicio.

Muchas cosas en la naturaleza funcionan en base a ciclos. El cuerpo humano (y los seres vivos en general) poseen rutas metabólicas que les permiten emplear la energía obtenida de los nutrientes y convertirla mediante reacciones químicas, en una forma de materia orgánica que le es mucho más útil desde un punto de vista energético y estructural. Muchas de esas rutas metabólicas poseen ciclos.

                              Fig.2 Porción esquematizada del metabolismo intermediario                                          mostrando la ubicación del Ciclo de Krebs.

 En el caso que nos ocupa en Bioecología y Conservación debemos comentar algunos ciclos referidos a nuestro sistema objeto de estudio y hogar permanente, la tierra.

Comenzaremos por el ciclo del elemento más abundante en nuestros cuerpos (65%) y en nuestro planeta, el ciclo del agua.

Fig. 3 Los movimientos y transformaciones que sufre nuestro vital líquido

 Los rayos solares al chocar con las grandes masas de agua de nuestros mares, océanos y grandes lagos, generan la evaporación necesaria del líquido para formar las grandes masas de nubes que vemos a diario en el cielo, de esta manera el vital líquido llega a la atmósfera. Otra manera en que las nubes reciben contribución del agua continental es por medio de la transpiración biológica de las plantas y posterior evaporación de dicha agua, evapotranspiración. 

Esas masas de nubes al juntarse por acción de los vientos se hacen más densas hasta el punto en el que ocurre la precipitación del agua contenida en ellas, dependiendo de la temperatura del sitio donde ocurre tal fenómeno, esa agua caerá en forma sólida (hielo) o en forma líquida (lluvia).  Eventualmente toda la nieve y granizo precipitado a tierra se descongelará y se unirá al agua de lluvia en los cauces de quebradas, riachuelos y ríos, pudiendo ser estos últimos incluso subterráneos.

Toda esa agua al final llega a su punto de partida, los grandes cuerpos de agua terrestre (lagos y lagunas), mares y océanos, completándose así el ciclo.

En cuanto a otro elemento vital para nuestra supervivencia, el oxígeno, podemos comentar lo siguiente.

Fig. 4 Fuentes, almacenamiento y flujos del oxígeno terrestre

 Los rayos ultravioleta al interaccionar con la capa de ozono liberan oxígeno a partir de esta mediante un proceso de ruptura química conocida como fotólisis:

                                     O₃ + hν    →    O• + O₂
  O₃: ozono.
 hν: radiación ultravioleta.
 O•: átomo de oxígeno.
 O₂: oxígeno molecular

Conocemos desde hace tiempo que la fotosíntesis que las plantas llevan a cabo tiene como uno de sus productos de reacción al oxígeno, contribuyendo así a la presencia en el aire de ese elemento vital respirable. Por otro lado, la respiración y la descomposición de todos los componentes de la biosfera consumen constantemente oxígeno atmosférico.

En el proceso de formación de las rocas, queda oxígeno atrapado en los intersticios de las rocas en formación, una vez enterradas y sometidas a las altas presiones, sobretodo en el fondo marino, dicho oxígeno permanece allí por mucho tiempo. A la inversa, durante el proceso de descomposición de las rocas; sea esta por procesos de meteorización a causa de los cambios de temperatura o por la dinámica de la tectónica de placas continentales o en la formación de las montañas; el óxígeno originalmente atrapado en tales rocas es liberado nuevamente a la atmósfera, regresando a su fuente inicial.

Otro ciclo de mucho interés para nuestro sistema-hogar es el del elemento nitrógeno, presente en nuestros cuerpos (3,2%) como constituyente de nuestro material genético y en el aire que respiramos de manera abudante 78%.

Fig. 5 Flujo cíclico del Nitrógeno.

Una de las maneras en las que el nitrógeno atmosférico es llevado al suelo es a través de unas bacterias fijadoras de nitrógeno molecular (N₂) que viven en los nódulos de las raíces de las plantas leguminosas. Luego otro conjunto de bacterias fijan ese nitrógeno al suelo mediante su acción metabólica convirtiéndolo en un compuesto muy común en el suelo, el amonio (NH₄+). El amonio también es producido por la acción de los llamados organismos descomponedores, bacterias y hongos que procesan heces y restos restos de vegetales y animales en descomposición.

Ese amonio en el suelo es fuente de alimento para unas bacterias llamadas nitrificantes, que lo convierten en nitrito (NO_2-) el que a su vez será convertido en nitrato (NO_3-) por la acción de otro conjunto de bacterias nitrificantes presentes en el suelo. Este nitrato puede volver a las plantas y a la cadena alimenticia por medio de su asimilación en las raíces, completando así un ciclo pequeño. Otra vía es ser objeto de las bacterias desnitrificantes que permiten liberar nitrógeno a la atmósfera completándose así el ciclo inicial largo para este importante elemento.

La vida tal cual la conocemos en la actualidad está basada en el carbono. Los seres vivos completamos nuestras funciones metabólicas empleando moléculas en cuya estructura casi siempre está presente este elemento químico. Veamos un poco sus movimientos a escala global.

Fig. 6 Movimientos a escala global del carbono.

 En la atmósfera su presencia debería ser constante a un nivel de 0,034%, es decir mínima cantidad. En el proceso de la fotosíntesis, el CO₂ es empleado por las plantas como fuente de carbono y de esa manera ingresa a la cadena alimenticia. Tanto las mismas plantas como los animales, en la tierra y en el mar expulsan el dióxido de carbono durante su respiración completando un ciclo corto.

Una vez cumplen su ciclo vital, tanto las plantas como los animales  y grandes cantidades de microoganismos como el zooplancton las algas (y su biomasa rica en carbono) pasan a formar parte de de la litosfera, creando grandes almacenes en el subsuelo que pueden durar allí el tiempo suficiente para que dicha materia orgánica pueda convertirse en carbono y petróleo según sea la fuente de la materia orgánica atrapada en el subsuelo.

Con el paso de los años y el desarrollo de la tecnología, hemos podido extraer esas fuentes de carbono atrapadas en forma de combustibles fósiles a fin de generar la energía que necesitamos para nuestro estilo de vida, obtener materias primas para nuestras industrias y hacer andar nuestros transportes. Como no hemos refinado el proceso de combustión de tales fuentes de carbono, una cantidad excesiva de él regresa a la atmósfera en forma de CO₂    completando el ciclo, pero también ocasionando un desbalance en la cantidad que debe haber de dicho gas en la atmósfera lo que ha ocasionado muchos problemas en nuestro entorno.

Existen otros elementos igualmente importantes para nuestro planeta y que cumplen ciclos en él, tales como el azufre y el fósforo, sin embargo nos limitaremos a estudiar los cuatro anteriormente descritos a fin de enmarcar el alcance de los problemas ambientales en dichos movimientos de materia y energía.