lunes, 18 de julio de 2011

CICLOS BIOGEOQUIMICOS


El ciclo HIDROLÓGICO o CICLO DEL AGUA,  comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano y a medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua s proceso conocido como condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso, lo cual se conoce como la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia.

Una parte del agua que llega a la tierra será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro poco del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea, proceso conocido como percolación. Más tarde o más temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación. Al evaporarse, el agua deja atrás todos los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, químicos, desechos). Por eso el ciclo del agua nos entrega un elemento puro. Pero hay otro proceso que también purifica el agua, y es parte del ciclo: la transpiración de las plantas.Las raíces de las plantas absorben el agua, la cual se desplaza hacia arriba a través de los tallos o troncos, movilizando consigo a los elementos que necesita la planta para nutrirse. Al llegar a las hojas y flores, se evapora hacia el aire en forma de vapor de agua. Este fenómeno es la transpiración.




CICLO DEL CARBONO

El ciclo del carbono es un ciclo biogeoquímico en el que el carbono se intercambia entre la biosfera (capa donde se desarrolla la vida en la tierra), la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera de la Tierra. Los conocimientos sobre esta circulación de carbono posibilitan apreciar la intervención humana en el clima y sus efectos sobre el cambio climático. 
En el planeta Tierra, el carbono circula a través de los océanos, de la atmósfera y de la superficie y el interior terrestre, en un gran ciclo biogeoquímico. Este ciclo puede ser dividido en dos: el ciclo lento o geológico y el ciclo rápido o biológico.

Suele considerarse que este ciclo está constituido por cuatro reservorios principales de carbono interconectados por rutas de intercambio. Los reservorios son la atmósfera, la biosfera terrestre (que, por lo general, incluye sistemas de agua dulce y material orgánico no vivo, como el carbono del suelo), los océanos (que incluyen el carbono inorgánico disuelto, los organismos marítimos y la materia no viva), y los sedimentos (que incluyen los combustibles fósiles). Los movimientos anuales de carbono entre reservorios ocurren debido a varios procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. El océano contiene el fondo activo más grande de carbono cerca de la superficie de la Tierra, pero la parte del océano profundo no se intercambia rápidamente con la atmósfera.

El balance global es el equilibrio entre intercambios (ingresos y pérdidas) de carbono entre los reservorios o entre una ruta del ciclo específica (por ejemplo, atmósfera - biosfera). Un examen del balance de carbono de un fondo o reservorio puede proporcionar información sobre si funcionan como una fuente o un almacén para el dióxido de carbono.
 


CICLO DEL FOSOFORO

El fósforo es un componente esencial de los organismos por que hace parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP (molécula energética de los animales) y de otras moléculas que tienen PO43- y que almacenan la energía química de los fosfolípidos que forman las membranas celulares y de los huesos y dientes de los mismos. Está en pequeñas cantidades en las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente y en los animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.
 
Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo. Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.
Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces, formándose las grandes pesquerías.Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose problemas de eutrofización.



CICLO DEL NITRÓGENO

El elemento NITROGENO es fundamental para la síntesis o producción de proteínas  y de otras moléculas orgánicas esenciales. El aire, que contiene 79% de nitrógeno y se utiliza como el reserva de esta sustancia. A pesar del gran tamaño del patrimonio de nitrógeno, a menudo es uno de los ingredientes limitantes de los seres vivos, puesto que no todos los organismos puede nutilizar nitrógeno en forma elemental, es decir: como gas N2. Para que las plantas puedan sintetizar proteína tienen que obtener el nitrógeno en forma "fijada", es decir: incorporado en compuestos. La forma más comúnmente utilizada es la de iones de nitrato, NO3-. Sin embargo, otras sustancias tales como el amoniaco NH3 y la urea (NH2) 2CO, se utilizan en los sistemas naturales como en forma de fertilizantes en la agricultura.

Fijación del Nitrógeno. La molécula de nitrógeno (N2) es inerte y para separar los átomos, de tal manera que puedan combinarse con otros átomos es necesario grandes cantidades de energía. Tres procesos desempeñan un papel importante en la fijación del nitrógeno en la biosfera. Uno de estos es el relámpago., donde la energía enorme de un relámpago rompe las moléculas de nitrógeno y permite que se combinen con el oxígeno del aire. Los óxidos de nitrógeno formados se disuelven en el agua de lluvia y forman nitratos. En esta forma pueden ser transportados a la tierra. La fijación atmosférica del nitrógeno probablemente representa un 5-8% del total.

Las bacterias son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico tanto para su huésped como para sí mismas. En efecto, la capacidad para fijar nitrógeno parece ser exclusiva de los procariotes.Otras bacterias fijadoras del nitrógeno viven libremente en el suelo. También algunas algas verde-azules son capaces de fijar en nitrógeno y desempeñan un papel importante en el mantenimiento de la fertilidad en medios semiacuáticos como campos de arroz.

A pesar de la amplia investigación desarrollada, todavía no es claro de que manera los fijadores del nitrógeno son capaces de vencer las barreras de alta energía inherentes al proceso. Ellos requieren de una enzima, llamada nitrogenasa, y un alto consumo de ATP. Aunque el primer producto estable del proceso es el amoníaco, este es incorporado rápidamente en las proteínas y en otros compuestos orgánicos que contienen nitrógeno. 

Descomposición. Las proteínas sintetizadas por las plantas entran y atraviesan redes alimentarias al igual que los carbohidratos. En cada nivel trófico se producen desprendimientos hacia el ambiente, principalmente en forma de excreciones. Los beneficiarios terminales de los compuestos nitrogenados orgánicos son microorganismos de descomposición. Mediante sus actividades, las moléculas nitrogenadas orgánicas de las excreciones y de los cadáveres son descompuestas y transformadas en amoniaco.

Nitrificación. El amoniaco puede ser absorbido directamente por las plantas a través de sus raíces y, como se ha demostrado en algunas especies, a través de sus hojas. (Estas últimas, cuando se exponen a gas de amoniaco previamente marcado con isótopos radiactivos, incorporan amoniaco en sus proteínas). Sin embargo, la mayor parte del amoníaco producido por descomposición se convierte en nitratos. Este proceso se cumple en dos pasos. Las bacterias del género nitrosomonas oxidizan el NH3 y lo convierten en nitritos (NO2-). Los nitritos son luego oxidados y se convierten en nitratos (NO3-) mediante bacterias del género Nitrobacter. Estos dos grupos de bacterias quimioautotróficas se denominan bacterias nitrificantes. A través de sus actividades (que les suministran toda la energía requerida para sus necesidades), el nitrógeno es puesto a disposición de las raíces de las plantas.

Desnitrificación. Si el proceso descrito antes comprendiera el ciclo completo del nitrógeno, estaríamos ante el problema de la reducción permanente del patrimonio de nitrógeno atmosférico libre, a medida que es fijado comienza el ciclaje a través de diversos ecosistemas. Otro proceso, la desnitrificación, reduce los nitratos a nitrógeno, el cual se incorpora nuevamente a la atmósfera. Así, otra vez, las bacterias son los agentes implicados. Estos microorganismos viven a cierta profundidad en el suelo y en los sedimentos acuáticos donde existe escasez de oxígeno. Las bacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxígeno como aceptor final de los electrones que se desprenden durante la respiración. Al hacerlo así, las bacterias cierran el ciclo del nitrógeno.



El azufre se transforma en diversos compuestos y circula a través de la biosfera en el ciclo del azufre, principalmente sedimentario. Entra en la atmósfera desde fuentes naturales como:
A. Sulfuro de hidrógeno (H2S), gas incoloro y altamente venenoso —con olor a huevo podrido—, desde volcanes activos y la descomposición de la materia orgánica en pantanos, ciénegas y llanuras cubiertas por las mareas.
B. Dióxido de azufre (SO2), gas incoloro y sofocante proveniente de volcanes activos.

C. Partículas de sulfatos (SO42,-), como el sulfato de amonio de la aspersión marina.Cerca de un tercio de todos los compuestos de azufre y 99% del dióxido de azufre que llegan a la atmósfera desde todas las fuentes, provienen de las actividades humanas. La combustión de carbono y petróleo que contienen azufre, destinada a   producir energía eléctrica, representa cerca de dos tercios de la emisión de dióxido de azufre a la atmósfera. El tercio restante proviene de procesos industriales como la refinería del petróleo y la conversión (por fundición) de compuestos azufrosos de minerales metálicos en metales libres como el cobre, plomo y zinc.
En la atmósfera, el dióxido de azufre interactúa con el oxígeno para producir trióxido de azufre (SO3), el cual reacciona con vapor de agua para producir minúsculas gotas de ácido sulfúrico (H2SO4). También reacciona con otras sustancias químicas de la atmósfera para originar partículas pequeñas de sulfatos. Estas gotas de ácido sulfúrico y partículas de sulfato caen a la tierra como componentes de lluvia ácida, que daña los árboles y la vida en general.
En aguas naturales las fuentes de compuestos de azufre son las rocas (producto de la meteorización), suelos (descomposición de la materia orgánica y fertilizantes), el transporte atmosférico como precipitación y deposición seca (que incluye sales del mar, gases y ácido sulfúrico de los combustibles fósiles). Las aguas oxidadas contienen principalmente sulfatos mientras que las aguas anóxicas (carentes de oxigeno) acumulan sulfuros, los cuales provienen de la descomposición intensiva con potenciales redox reducidos a niveles menores de 100 mV, tales como humedales, aguas profundas y sedimentos. La precipitación mineral tienen lugar como yeso (CaSO4) o como sulfuro de metal, como la pirita (FeS).


CUESTIONARIO

Teniendo en cuenta lo visto en las exposiciones y lo estudiado en el blog. Conteste las siguientes preguntas y desarróllelas en una hoja de examen de manera individual para entregar el día viernes 22 de Julio de 2011.

1. Explique en donde se encuentra la mayor reserva de agua en estado liquido en la tierra y como a pesar del proceso de evaporación, se conserva y no se pierde.

2. Explique con sus palabras el ciclo del NITRÓGENO y de que manera las plantas y animales obtienen este elemento.

3. Dibuje en la hoja el ciclo del AZUFRE y explique las maneras como se encuentra este elemento en la naturaleza 

4. Explique la manera en la que el Fósforo puede entrar al ciclo y como lo utilizan animales y plantas.